DE102018209695A1 - Operating method and control unit for a combined heat and power system and combined heat and power system - Google Patents

Operating method and control unit for a combined heat and power system and combined heat and power system Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem, welches eine Abverbrauchereinheit (50) und eine Kraftwerkseinheit (1) in Kraft-Wärme-Kopplung mit der Abverbrauchereinheit (50) aufweist, wobei bei dem Betriebsverfahren Dampf eines Wärmeübertragungsmediums bereitgestellt oder erzeugt wird, eine Turbine (20) der Kraftwerkseinheit (100) zur Stromerzeugung mit dem Dampf betrieben wird, zumindest ein Teil des Dampfes für eine Wärmebehandlung in der Abverbrauchereinheit (50) verwendet wird, indem Wärmemenge des Dampfes unmittelbar oder über eine Wärmetauschereinheit (40) mittelbar in die Abverbrauchereinheit (50) übertragen wird, und ein Übertragen von Wärmemenge des Dampfes auf einer stromabwärts gelegenen Seite zu einem Turbinenaustritt (22) erfolgt.

Figure DE102018209695A1_0000
The present invention relates to an operating method for a cogeneration system, which has a consumer unit (50) and a power plant unit (1) in cogeneration with the consumer unit (50), the operating method providing or generating steam from a heat transfer medium a turbine (20) of the power plant unit (100) is operated to generate electricity with the steam, at least part of the steam is used for a heat treatment in the consumer unit (50), by heat quantity of the steam directly or indirectly via a heat exchanger unit (40) is transferred into the consumer unit (50), and a transfer of heat quantity of the steam on a downstream side to a turbine outlet (22) takes place.
Figure DE102018209695A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren sowie eine Steuereinheit für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem und ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem als solches.The invention relates to an operating method and a control unit for a cogeneration system and a cogeneration system as such.

Bei herkömmlichen Kraft-Wärme-Kopplungssystemen mit Kraftwerken, welche eine Kondensations-Dampfturbine zur Stromerzeugung nutzen, wird der Dampf des eingesetzten Wärmeübertragungsmediums möglichst weit entspannt, d.h. im Druck abgesenkt, um damit zur Erhöhung des Wirkungsgrads bei der Auskopplung mechanischer Arbeit und/oder bei der Stromerzeugung am Turbinenaustritt einen möglichst niedrigen Austrittsdruck und eine möglichst niedrige Austrittstemperatur zu erreichen. Wegen des herkömmlicherweise vergleichsweise niedrigen Temperaturniveaus am Turbinenaustritt bleibt die verbleibende Restwärme im Wesentlichen ungenutzt und wird zum Beispiel an eine angeschlossene Hauptwärmesenke übertragen, wobei diese als Wasserkühlung, zum Beispiel über einen Fluss, oder als Luftkühlung realisiert sein kann. Dabei wird zwar mit dem niedrigen Austrittsdruck und mit der niedrigen Austrittstemperatur der Anteil der ungenutzten Energie abgesenkt, wobei die erreichbare Austrittstemperatur von der Temperatur der Hauptwärmesenke abhängt, jedoch muss zur Versorgung eines über Wärmekopplung angeschlossenen Systems eine Anzapfung, die auch als Bleed bezeichnet werden kann, auf einem vergleichsweise höheren Temperaturniveau erfolgen.In conventional combined heat and power systems with power plants that use a condensation steam turbine to generate electricity, the steam of the heat transfer medium used is expanded as much as possible, i.e. reduced in pressure in order to achieve the lowest possible outlet pressure and the lowest possible outlet temperature in order to increase the efficiency when decoupling mechanical work and / or when generating electricity at the turbine outlet. Because of the conventionally comparatively low temperature level at the turbine outlet, the remaining residual heat remains essentially unused and is transferred, for example, to a connected main heat sink, which can be implemented as water cooling, for example via a river, or as air cooling. Although the proportion of unused energy is reduced with the low outlet pressure and the low outlet temperature, the achievable outlet temperature depending on the temperature of the main heat sink, but in order to supply a system connected via heat coupling, a tap, which can also be referred to as bleed, must be used. at a comparatively higher temperature level.

Somit sind herkömmlicherweise zusätzliche Einrichtungen zur Versorgung über Wärmekopplung angeschlossener Systeme mit einem Wärmeübertragungsmedium auf einem vergleichsweise höheren Temperaturniveau erforderlich.Thus, additional devices for supplying systems connected via heat coupling with a heat transfer medium at a comparatively higher temperature level are conventionally required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Betriebsverfahren und eine Steuereinheit für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem sowie ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem als solches anzugeben, bei welchen mit einfachen Mitteln bei insgesamt gesteigertem Wirkungsgrad in flexibler Art und Weise eine Versorgung über Wärmekopplung angeschlossenen Systeme möglich ist.The invention is based on the object of specifying an operating method and a control unit for a combined heat and power system and a combined heat and power system as such, in which a supply via thermal coupling is connected in a flexible manner with simple means and overall increased efficiency Systems is possible.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Betriebsverfahren für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einer Steuereinheit erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und bei einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.The object on which the invention is based is achieved in an operating method for a cogeneration system with the features of independent claim 1, in a control unit according to the invention with the features of claim 8 and in a cogeneration system according to the invention with the features of claim 9 solved. Advantageous further developments are the subject of the respective dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsverfahren für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem geschaffen, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungssystem eine Abverbrauchereinheit und eine Kraftwerkseinheit in Kraft-Wärme-Kopplung mit dem Abverbrauchereinheit aufweist und wobei bei dem Betriebsverfahren

  • - Dampf eines Wärmeübertragungsmediums bereitgestellt oder erzeugt wird,
  • - eine Turbine der Kraftwerkseinheit als Kondensationsturbine und zur Stromerzeugung mit dem Dampf betrieben wird,
  • - zumindest ein Teil des Dampfes für eine Wärmebehandlung in der Abverbrauchereinheit verwendet wird, indem
  • - Wärmemenge des Dampfes unmittelbar oder über eine Wärmetauschereinheit mittelbar in die Abverbrauchereinheit übertragen wird,
  • - ein Übertragen von Wärmemenge des Dampfes auf einer stromabwärts gelegenen Seite zu einem Turbinenaustritt erfolgt und
  • - der Druck des Wärmeübertragungsmediums und insbesondere des Dampfes am Turbinenaustritt so unterhalb eines Atmosphärendrucks der Umgebung und insbesondere unterhalb von 1013 hPa eingestellt wird, dass eine vorgegebene Dampfbedingung der Abverbrauchereinheit und insbesondere der Wärmetauschereinheit erfüllt ist oder wird.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an operating method for a cogeneration system, the cogeneration system having a consumer unit and a power plant unit in cogeneration with the consumer unit, and in the operating method
  • Steam is provided or generated from a heat transfer medium,
  • a turbine of the power plant unit is operated as a condensation turbine and for generating electricity with the steam,
  • - At least part of the steam is used for a heat treatment in the consumer unit by
  • Heat quantity of the steam is transferred directly or indirectly via a heat exchanger unit to the consumer unit,
  • - A transfer of heat of the steam takes place on a downstream side to a turbine outlet and
  • - The pressure of the heat transfer medium and in particular the steam at the turbine outlet is set below an atmospheric pressure of the environment and in particular below 1013 hPa, that a predetermined steam condition of the consumer unit and in particular the heat exchanger unit is or will be met.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass ohne die Notwendigkeit zusätzlicher apparativer Maßnahmen und insbesondere ohne Anzapfung an der Turbine Wärme des für die Auskopplung mechanischer Arbeit und/oder für die Stromerzeugung erzeugten Dampfes für die Wärmebehandlung in der Abverbrauchereinheit, die auch als Abverbrauchersystem aufgefasst werden kann, übertragen werden kann. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Vorgehen weist herkömmlicherweise verwendeter Dampf am Turbinenausgang einen zu geringen Anteil an als Wärme nutzbarer Energie auf, um ein erforderliches Wärmeniveau zu erreichen, so dass beim üblichen Vorgehen zusätzliche Energie aus Anzapfungen oder einer externen Quelle bereitgestellt werden muss. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen machen dieses Vorgehen obsolet.These measures ensure that, without the need for additional apparatus measures and in particular without tapping at the turbine, heat of the steam generated for the extraction of mechanical work and / or for the generation of electricity for the heat treatment in the consumer unit, which can also be understood as a consumer system, can be transferred. In contrast to the procedure according to the invention, conventionally used steam at the turbine outlet has an insufficient amount of energy usable as heat in order to achieve a required heat level, so that in the usual procedure additional energy has to be provided from taps or an external source. The measures according to the invention make this procedure obsolete.

Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Sichtweise der vorliegenden Erfindung ergibt sich folgende Darstellung: Herkömmlicherweise wird bei einer Kondensationsturbine mittels einer Wärmesenke versucht, den Dampf so weit wie möglich zu entspannen. Erfindungsgemäß wird jedoch der Dampf am Ende der Turbine nicht kondensiert, wie das herkömmlicherweise der Fall ist. Vielmehr wird der Dampf nur soweit wie möglich in den Unterdruck entspannt, wobei zusätzlich entsprechende Anforderungen einer Abverbrauchereinheit, zum Beispiel eines Fernwärmesystems, inklusive der dazugehörigen Komponenten, zum Beispiel eines Wärmetauschers, berücksichtigt werden.According to an additional or alternative view of the present invention, the following illustration results: Conventionally, in a condensation turbine, an attempt is made to relax the steam as much as possible by means of a heat sink. According to the invention, however, the steam at the end of the turbine is not condensed, as is conventionally the case. Rather, the steam is only as much as possible in the negative pressure relaxed, with additional requirements of a consumer unit, for example a district heating system, including the associated components, for example a heat exchanger, being taken into account.

Es geht dabei insbesondere um die Bezugnahme auf einen Turbinenaustritt. Bei einer mehrstufigen Turbine oder mehreren Turbinen in Kaskade kann es sich dabei um den Austritt eines Niederdruckteils einer mehrstufigen Turbine bzw. um einen Turbinenaustritt einer in einer Anordnung mit mehreren Turbinen angeordneten Niederdruckturbine handeln.It is particularly a matter of referring to a turbine outlet. A multi-stage turbine or a plurality of turbines in cascade can be the outlet of a low-pressure part of a multi-stage turbine or a turbine outlet of a low-pressure turbine arranged in an arrangement with a plurality of turbines.

Vorangehend und Nachfolgend wird unter einer Kondensationsturbine eine Turbine verstanden, bei welcher der Dampf, gegebenenfalls bis ins Nassdampfgebiet hinein, entspannt wird, so dass Kondensation im Abdampf eintritt. Die Kondensationsturbine stellt somit das Gegenstück zur Gegendruckturbine dar, bei der Abdampf im Überdruckbereich - d.h. oberhalb des Atmosphärendrucks der Umgebung - und überhitzt entnommen wird.Above and below, a condensation turbine is understood to mean a turbine in which the steam is expanded, possibly even into the wet steam area, so that condensation occurs in the exhaust steam. The condensation turbine is therefore the counterpart to the back pressure turbine, in which exhaust steam in the overpressure range - i.e. above the atmospheric pressure of the environment - and is taken out superheated.

Der Turbine wird in vorteilhafter Weise ein Kondensator nachgeschaltet, der - angepasst an die Dampfbedingung der Abverbrauchereinheit - eine möglichst niedrige Temperatur und somit einen möglichst niedrigen Druck hat. So können insgesamt eine besonders hohe Energieausbeute und ein besonders hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht werden.The turbine is advantageously followed by a condenser which - adapted to the steam condition of the consumer unit - has the lowest possible temperature and thus the lowest possible pressure. Overall, a particularly high energy yield and a particularly high overall efficiency can be achieved.

Andererseits wird unter Berücksichtigung der Dampfbedingung der Abverbrauchereinheit am Turbinenausgang nicht zwangsläufig so tief entspannt, wie dies bei herkömmlichen Kondensationsturbinen und beim herkömmlichen Übergang zur finalen Wärmesenke der Fall ist, so dass der Wirkungsgrad für die Wärmeübertragung an die Abverbrauchereinheit und der Gesamtwirkungsgrad gesteigert werden können.On the other hand, taking into account the steam condition of the consumer unit at the turbine outlet, the pressure is not necessarily reduced as deeply as is the case with conventional condensation turbines and with the conventional transition to the final heat sink, so that the efficiency for heat transfer to the consumer unit and the overall efficiency can be increased.

Erfindungsgemäß kann dabei das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise mit einem Druck in einem Zwischenbereich unterhalb des Atmosphärendrucks der Umgebungsatmosphäre, insbesondere also unterhalb 1013 hPa, vorzugsweise im Bereich von 750 hPa, bis oberhalb von 200 hPa betrieben werden. Herkömmlicherweise wird bei Kondensationsturbinen am Turbinenaustritt dagegen bis unterhalb 200 hPa entspannt, wobei zusätzliche Bedingungen in Bezug auf eine Abverbrauchereinheit und insbesondere in Bezug auf deren Kondensator beim Betrieb und beim Einstellen des Drucks und der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenausgang nicht berücksichtigt werden.According to the invention, the method according to the invention can advantageously be operated at a pressure in an intermediate range below the atmospheric pressure of the ambient atmosphere, in particular thus below 1013 hPa, preferably in the range from 750 hPa, to above 200 hPa. Conventionally, in the case of condensation turbines at the turbine outlet, on the other hand, the pressure is released to below 200 hPa, additional conditions with regard to a consumer unit and in particular with regard to its condenser during operation and when setting the pressure and the temperature of the heat transfer medium at the turbine outlet not being taken into account.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Temperatur und/oder ein Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt entsprechend einer Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit als Senkentemperatur ausgelegt oder gewählt und insbesondere in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit gesteuert oder geregelt ist oder wird. Diese Maßnahmen ermöglichen eine Anpassung des Temperaturniveaus und/oder des Druckniveaus des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt entsprechend den Erfordernissen für die Wärmebehandlung in der Abverbrauchereinheit.It is particularly advantageous if, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, a temperature and / or a pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet is designed or selected as a sink temperature in accordance with a return temperature of the consumer unit and, in particular, is controlled or regulated as a function of the return temperature of the consumer unit or becomes. These measures enable the temperature level and / or the pressure level of the heat transfer medium at the turbine outlet to be adapted in accordance with the requirements for the heat treatment in the consumer unit.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung sei unter einem oder dem Turbinenaustritt ein Auslass der Turbine verstanden, aus welchem das in die Turbine eingeleitete Wärmeübertragungsmedium die Turbine in Bezug auf die Strömungsrichtung der Erzeugung elektrischen Stroms und/oder der Auskopplung mechanischer Arbeit stromabwärts gelegen oder nachgeschaltet wieder verlässt und aus dieser austritt. Damit sind also insbesondere herkömmlicherweise vorgesehene Anzapfungen nicht gemeint.In the sense of the present invention, one or the turbine outlet is understood to mean an outlet of the turbine, from which the heat transfer medium introduced into the turbine leaves the turbine downstream or downstream in relation to the direction of flow of the generation of electrical current and / or the decoupling of mechanical work, and exits from this. This does not mean in particular conventionally provided taps.

Ferner sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung unter einer Abverbrauchereinheit oder einem Abverbrauchersystem die Einheit oder das System verstanden werden, welches im Zusammenhang mit der Kraft-Wärme-Kopplung mit Wärme versorgt werden soll, um in der Einheit oder im System eine Wärmebehandlung durchzuführen, sei dies im Zusammenhang mit Heizzwecken, mit Produktionsverfahren oder im Zusammenhang mit anderen Maßnahmen.Furthermore, in the sense of the present invention, a consumer unit or a consumer system should be understood to mean the unit or the system which is to be supplied with heat in connection with the cogeneration in order to carry out heat treatment in the unit or in the system, be it in connection with heating purposes, with production processes or in connection with other measures.

Die Anpassung kann über eine Auslegung, Auswahl, Regelung und/oder Steuerung des Betriebspunktes der Turbine erfolgen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von dem Turbinenaustritt in Bezug auf die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums und seines Dampfes nachgeschalteter Steuer- und/oder Regeleinheiten, insbesondere in Form von steuerbaren oder regelbaren Ventilen. In diesem Zusammenhang kann auch das Konzept eines Speichertanks eingesetzt werden.The adaptation can take place via a design, selection, regulation and / or control of the operating point of the turbine, if necessary with the aid of the turbine outlet in relation to the flow direction of the heat transfer medium and its steam downstream control and / or regulating units, in particular in the form of controllable or adjustable valves. The concept of a storage tank can also be used in this context.

Ferner ist es in diesem Zusammenhang von besonderem Vorteil, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums - insbesondere in Dampfform - nach Übertragung von oder der Wärmemenge an die Abverbrauchereinheit und insbesondere am Austritt einer zu Grunde liegenden Wärmetauschereinheit der Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit entspricht oder innerhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturintervalls im Wesentlichen entspricht. Das bedeutet in der Praxis, dass die Temperatur und/oder der Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt, sei dieses in Form eines Dampfes, einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeit-Dampf-Gemisches vorliegend, in Abhängigkeit von einem Wert der Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit durch Steuerung und/oder Regelung eingestellt werden kann.Furthermore, it is particularly advantageous in this context if the temperature of the heat transfer medium - in particular in vapor form - after transfer of or the amount of heat to the consumer unit and in particular at the outlet of an underlying heat exchanger unit corresponds to the return temperature of the consumer unit or within a predetermined first temperature interval in Essentially corresponds. In practice, this means that the temperature and / or the pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet is in shape a steam, a liquid or a liquid-steam mixture, depending on a value of the return temperature of the consumer unit, can be adjusted by control and / or regulation.

Eine Idee ist dabei, die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums und insbesondere des Dampfes am Austritt der Turbine so zu wählen, dass die Bedingung einer Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit und/oder der Wärmetauschereinheit, also insbesondere die Bedingungen eines zu Grunde liegenden Kondensators, erfüllt sind.One idea is to choose the temperature of the heat transfer medium and in particular the steam at the outlet of the turbine so that the conditions of a return temperature of the consumer unit and / or the heat exchanger unit, that is to say in particular the conditions of an underlying condenser, are met.

Zwar wird häufig auf diese Art und Weise eine Bezugnahme auf die Rücklauftemperatur der zu versorgenden Abverbrauchereinheit hergestellt, alternativ oder zusätzlich dazu ist jedoch auch eine Bezugnahme auf die Vorlauftemperatur der Abverbrauchereinheit denkbar, also eine Bezugnahme auf diejenige Temperatur, mit der Wärme in die Abverbrauchereinheit zur Wärmebehandlung eingespeist wird.A reference to the return temperature of the consumer unit to be supplied is often made in this way, but alternatively or additionally, a reference to the supply temperature of the consumer unit is also conceivable, i.e. a reference to the temperature at which the heat enters the consumer unit for heat treatment is fed.

So ist es gemäß einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens möglich, dass eine Temperatur und/oder ein Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt entsprechend einer gewünschten und/oder vorgegebenen zu erzielenden Vorlauftemperatur der Abverbrauchereinheit ausgelegt oder geregelt und insbesondere in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur der Abverbrauchereinheit gesteuert oder geregelt ist oder wird.According to another alternative or additional embodiment of the operating method according to the invention, it is possible for a temperature and / or a pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet to be designed or regulated in accordance with a desired and / or predetermined supply temperature of the consumer unit to be achieved and in particular depending on the supply temperature of the Consumer unit is controlled or regulated.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt der Vorlauftemperatur der Abverbrauchereinheit entspricht oder innerhalb eines vorgegebenen zweiten Temperaturintervalls im Wesentlichen entspricht.It is particularly advantageous if the temperature of the heat transfer medium at the turbine outlet corresponds to the flow temperature of the consumer unit or essentially corresponds within a predetermined second temperature interval.

Bei anderen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens kann es vorgesehen sein, dass

  • - die Abverbrauchereinheit nach Art eines Rücklaufsystems betrieben wird,
  • - als Wärmetauschereinheit oder als Teil davon ein Kondensator verwendet wird,
  • - als Wärmeübertragungsmedium Wasser verwendet wird und/oder
  • - als Abverbrauchereinheit ein Fernwärmesystem, eine Produktionsstätte und/oder eine Biogasanlage mit Wärme versorgt werden.
In other embodiments of the operating method according to the invention, it can be provided that
  • - the consumer unit is operated in the manner of a return system,
  • a condenser is used as the heat exchanger unit or as part thereof,
  • - Water is used as the heat transfer medium and / or
  • - A district heating system, a production facility and / or a biogas plant are supplied with heat as a consumer unit.

Zusätzlich oder alternativ kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens als eine Kraftwerkseinheit ein Kohlekraftwerk und/oder eine Müllverbrennungsanlage betrieben werden. Grundsätzlich sind jedoch als Kraftwerkseinheiten sämtliche Einheiten im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens denkbar, bei welchen unter Verwendung eines Wärmeübertragungsmediums Dampf erzeugt und zur Verrichtung mechanischer Arbeit und/oder zur Erzeugung elektrischen Stroms eingesetzt werden.Additionally or alternatively, in another exemplary embodiment of the operating method according to the invention, a coal-fired power plant and / or a waste incineration plant can be operated as a power plant unit. In principle, however, all units are conceivable as power plant units in connection with the operating method according to the invention, in which steam is generated using a heat transfer medium and used for performing mechanical work and / or for generating electrical current.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem geschaffen, wobei das Kraft-Wärme-Kopplungssystem eine Abverbrauchereinheit und eine Kraftwerkseinheit in Kraft-Wärme-Kopplung mit der Abverbrauchereinheit aufweist und wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Betriebsverfahren zu initiieren, ablaufen zu lassen und/oder zu steuern.According to another aspect of the present invention, a control unit for a cogeneration system is created, the cogeneration system having a consumer unit and a power plant unit in cogeneration with the consumer unit, and the control unit being set up according to the invention initiate, run and / or control the designed operating procedure.

Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem als solches, welches eingerichtet ist, mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Betriebsverfahren betrieben zu werden. Das Kraft-Wärme-Kopplungssystem ist mit einer Kraftwerkseinheit und mit einer Abverbrauchereinheit ausgebildet, wobei die Kraftwerkseinheit zur Kraft-Wärme-Kopplung mit der Abverbrauchereinheit eingerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das vorgeschlagene Kraft-Wärme-Kopplungssystem eine erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit auf.The present invention also relates to a combined heat and power system as such, which is set up to be operated using an operating method designed according to the invention. The cogeneration system is designed with a power plant unit and with a consumer unit, the power plant unit being set up for cogeneration with the consumer unit. Alternatively or additionally, the proposed cogeneration system has a control unit designed according to the invention.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems sind eine Einheit zum Bereitstellen und/oder Erzeugen von Dampf eines Wärmeübertragungsmediums, eine Turbine zur Gewinnung mechanischer Arbeit und/oder zur Stromerzeugung durch Betreiben mit dem Dampf, wobei die Turbine einen Turbineneintritt und einen Turbinenaustritt für das Wärmeübertragungsmedium aufweist, und eine Einrichtung ausgebildet, insbesondere nach Art einer Wärmetauschereinheit oder eines Kondensators, welche dem Turbinenaustritt in Bezug auf die Strömung des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet und dazu eingerichtet ist, Wärmemenge des aus dem Turbinenaustritt austretenden Wärmeübertragungsmediums in die Abverbrauchereinheit zu übertragen.In a preferred embodiment of the combined heat and power system according to the invention are a unit for providing and / or generating steam from a heat transfer medium, a turbine for extracting mechanical work and / or for generating electricity by operating with the steam, the turbine having a turbine inlet and a turbine outlet for the heat transfer medium, and designed a device, in particular in the manner of a heat exchanger unit or a condenser, which is connected downstream of the turbine outlet in relation to the flow of the heat transfer medium and is set up to transfer heat quantity of the heat transfer medium emerging from the turbine outlet into the consumer unit.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

  • 1 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Kraft-Wärme-Kopplungssystems zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren.
  • 2 und 3 zeigen schematisch nach Art von Blockdiagrammen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren verwendet werden können.
  • 4 zeigt in Form eines Graphen den Zusammenhang bei Kraft-Wärme-Kopplungssystemen ungenutzter Energieressourcen im Verhältnis zur Wärmebehandlung bzw. zur Stromerzeugung genutzter Energieanteile.
  • 5 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms eine herkömmliche Ausgestaltungsform eines Kraft-Wärme-Kopplungssystems.
Further details, advantages and features of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing.
  • 1 schematically shows in the manner of a block diagram the basic structure of a combined heat and power system designed according to the invention for use with the operating method according to the invention.
  • 2 and 3 show schematically in the manner of block diagrams preferred embodiments of the combined heat and power system according to the invention, which can be used in connection with the operating method according to the invention.
  • 4 shows in the form of a graph the relationship in combined heat and power systems of unused energy resources in relation to heat treatment and / or electricity generation of used energy components.
  • 5 shows schematically in the manner of a block diagram a conventional embodiment of a cogeneration system.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.Below, with reference to the 1 to 5 Exemplary embodiments and the technical background of the invention are described in detail. The same and equivalent as well as the same or equivalent acting elements and components are denoted by the same reference numerals. The detailed description of the designated elements and components is not reproduced in every case.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.The illustrated features and further properties can be isolated from one another in any form and can be combined with one another as desired without leaving the core of the invention.

1 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Kraft-Wärme-Kopplungssystems 100 zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren. 1 shows schematically in the manner of a block diagram the basic structure of a combined heat and power system designed according to the invention 100 for use with the operating method according to the invention.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems 100 gemäß 1 besteht dem Kern nach aus einer Turbine 20 mit einem Turbineneintritt 21 im Sinne eines endständigen Eintritts 21' der Turbine 20 und einem Turbinenaustritt 22 im Sinne eines endständigen Austritts 22' der Turbine 20 einer Abverbrauchereinheit 50, auch als Abverbrauchersystem bezeichnet, zum Beispiel nach Art eines Fernwärmesystems 50' mit einem Vorlauf 51 und mit einem Rücklauf 52 sowie mit einem Wärmeübertragungsbereich 55.The embodiment of the combined heat and power system according to the invention 100 according to 1 consists essentially of a turbine 20 with a turbine inlet 21 in the sense of a terminal entry 21 ' the turbine 20 and a turbine outlet 22 in the sense of a terminal exit 22 ' the turbine 20 a consumer unit 50 , also known as a consumer system, for example in the manner of a district heating system 50 ' with a lead 51 and with a return 52 as well as with a heat transfer area 55 ,

Dem Wärmeübertragungsbereich 55 wird vom Turbinenaustritt 22 aus ein Wärmeübertragungsmedium in Form von Dampf, einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeit-Dampf-Gemisches zu einem Eintritt 41 in eine Wärmetauschereinheit 40 zugeführt. In der Wärmetauschereinheit 40, zum Beispiel nach Art eines Kondensators 40', wird Wärmemenge von dem aus der Turbine 20 zugeführten Wärmeübertragungsmedium in ein in der Abverbrauchereinheit 50 zirkulierendes Wärmeübertragungsmedium übertragen. Nach dem Durchtritt durch die Wärmetauschereinheit 40 erfolgt am Austritt 42 der Wärmetauschereinheit 40 entweder direkt eine Rückführung in den Turbineneintritt 21 oder aber eine Zwischenschaltung eines Kondensatstanks 70 oder eines andersgearteten Rücklaufsystems.The heat transfer area 55 is from the turbine outlet 22 from a heat transfer medium in the form of steam, a liquid or a liquid-steam mixture to an inlet 41 into a heat exchanger unit 40 fed. In the heat exchanger unit 40 , for example like a capacitor 40 ' , amount of heat from that from the turbine 20 supplied heat transfer medium in a in the consumer unit 50 circulating heat transfer medium. After passing through the heat exchanger unit 40 takes place at the exit 42 the heat exchanger unit 40 either a direct return to the turbine inlet 21 or an intermediate connection of a condensate tank 70 or a different type of return system.

Erfindungsgemäß wird die in 1 dargestellte Struktur genutzt, in dem für die Wärmeversorgung der Abverbrauchereinheit 50 Wärmemenge erst dem Turbinenaustritt 22 in Bezug auf die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet an das Abverbrauchersystem 50 übertragen wird. Durch ein entsprechendes Einstellen der Temperatur und/oder des Drucks des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt 22 erfolgt mit entsprechend vergleichsweise einfachen Mitteln eine Anpassung an die Erfordernisse der Abverbrauchereinheit 50, insbesondere unter Berücksichtigung der Rücklauftemperatur RL und/oder der Vorlauftemperatur VL am Rücklauf 52 bzw. am Vorlauf 51 der Abverbrauchereinheit 50.According to the invention in 1 structure shown used in the for the heat supply of the consumer unit 50 Amount of heat only at the turbine outlet 22 downstream of the flow direction of the heat transfer medium to the consumer system 50 is transmitted. By adjusting the temperature and / or the pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet accordingly 22 is carried out with correspondingly comparatively simple means to adapt to the requirements of the consumer unit 50 , especially considering the return temperature RL and / or the flow temperature VL at the return 52 or on the lead 51 the consumer unit 50 ,

Die 2 und 3 zeigen schematisch nach Art von Blockdiagrammen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems 100, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren verwendet werden können.The 2 and 3 schematically show in the manner of block diagrams preferred embodiments of the combined heat and power system according to the invention 100 which can be used in connection with the operating method according to the invention.

Zusätzlich zu der Anordnung des Kraft-Wärme-Kopplungssystems 100 aus 1 zeigt die Ausführungsform gemäß 2 Details des in einem kreislaufbetriebenen Abverbrauchersystems 50. Hier sind außerhalb des Wärmeübertragungsbereich 55 eine Wärmenutzung 58 und eine Umlaufpumpe 59 für das Wärmeübertragungsmedium des Abverbraucherkreislaufs dargestellt. Innerhalb des Wärmeübertragungsbereich 55 sind neben der Wärmetauschereinheit 40 nach Art eines Kondensators 40' weitere Wärmeübertragerstufen 45-1 bis 45-3 ausgebildet, welche zumindest teilweise über entsprechende Anzapfungen 23 oder Bleeds in herkömmlicher Weise mit Wärmemenge aus der Turbine 20 versehen werden.In addition to the arrangement of the combined heat and power system 100 out 1 shows the embodiment according to 2 Details of the in a cycle-operated consumer system 50 , Here are outside the heat transfer area 55 a use of heat 58 and a circulation pump 59 shown for the heat transfer medium of the consumer circuit. Within the heat transfer area 55 are next to the heat exchanger unit 40 like a capacitor 40 ' further heat transfer stages 45 - 1 to 45 - 3 trained, which at least partially via corresponding taps 23 or bleeds in a conventional manner with heat from the turbine 20 be provided.

Ferner ist die Quelle für die Dampferzeugung 10 in Verbindung mit dem Turbineneintritt 21 dargestellt.It is also the source for steam generation 10 in connection with the turbine inlet 21 shown.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist zusätzlich zur Ausführungsform gemäß 2 beim erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystem 100 eine Steuereinheit 60 dargestellt, welche über eine Steuer- und Erfassungsleitung 61 mit Steuerventilen 65 und 66 und entsprechenden Sensoren zur Messdatenerfassung verbunden ist.In the embodiment according to 3 is in addition to the embodiment according to 2 in the combined heat and power system according to the invention 100 a control unit 60 shown, which via a control and acquisition line 61 with control valves 65 and 66 and corresponding sensors for measuring data acquisition is connected.

Letztlich ist die Steuereinheit 60 erfindungsgemäß ausgestaltet und dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens zu initiieren, ablaufen zu lassen und/oder zu steuern.Ultimately, the control unit 60 designed according to the invention and set up an embodiment of the invention Initiate, run and / or control operating procedures.

Das erste Steuerventil 65 ist eingerichtet, den Abfluss des Wärmeübertragungsmediums aus dem Turbinenaustritt 22 zu steuern oder zu regeln und dadurch entsprechend eine Anpassung der Temperatur und/oder des Drucks am Turbinenausgang 22 zu bestimmen, vorzugsweise in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Abverbrauchereinheit 50. The first control valve 65 is set up to drain the heat transfer medium from the turbine outlet 22 to control or regulate and accordingly an adjustment of the temperature and / or pressure at the turbine outlet 22 to be determined, preferably depending on the requirements of the consumer unit 50 ,

Dargestellt ist in 3 des Weiteren die Abwärmeeinheit 90, zum Beispiel in Form eines Luftkondensators 90', über welchen gesteuert über das Steuerventil 66 nach Art eines Drei - Wege-Ventils die Abgabe von Restwärme an eine finale Wärmesenke geregelt oder gesteuert werden kann.Is shown in 3 also the waste heat unit 90 , for example in the form of an air condenser 90 ' , via which controlled via the control valve 66 The release of residual heat to a final heat sink can be regulated or controlled in the manner of a three-way valve.

4 zeigt in Form eines Graphen 80 bei Kraft-Wärme-Kopplungssystemen ungenutzte Energieressourcen im Verhältnis zur Wärmebehandlung bzw. zur Stromerzeugung genutzter Energieanteile. 4 shows in the form of a graph 80 In the case of cogeneration systems, unused energy resources in relation to heat treatment or energy used to generate electricity.

Auf der Abszisse 81 ist der Grad der Optimierung in Bezug auf die Erzeugung von Strom bzw. in Bezug auf die Übertragung von Wärme aufgetragen, an der Ordinate 82 die jeweilige Leistung in kW. Die Spur 83-1 zeigt den Verlauf der Stromerzeugung mit seiner Leistung in Abhängigkeit vom Grad der Optimierung, die Spur 83-2 den Verlauf der Wärmeübertragung mit der jeweiligen Leistung in Abhängigkeit vom Grad der Optimierung und die Spur 83-3 entsprechend der Anteil an ungenutzter Energie.On the abscissa 81 is the degree of optimization in relation to the generation of electricity or in relation to the transfer of heat plotted on the ordinate 82 the respective power in kW. The track 83 - 1 shows the course of electricity generation with its performance depending on the degree of optimization, the trace 83 - 2 the course of heat transfer with the respective power depending on the degree of optimization and the trace 83 - 3 correspondingly the proportion of unused energy.

Die Abhängigkeiten der drei gezeigten Kurven 83-1, 83-2, 83-3 ergeben sich aus einer Variation des Bleedmassenstroms. Je nachdem, wie groß der Massenstrom der Bleeds ist, ist der Anteil der ungenützten Energie mehr oder weniger, bis zu null. Somit stellt der auf der Abszisse mit der Nr. 8 bezeichnete Fall einen stromoptimierten Betrieb mit dem neuen Betriebsverfahren dar. Insgesamt zeigt die Auswertung der Daten, dass mit dem neuen Verfahren ein gleichzeitig stromoptimierter und wärmeoptimierter Betrieb möglich ist.The dependencies of the three curves shown 83 - 1 . 83 - 2 . 83 - 3 result from a variation of the bleed mass flow. Depending on the mass flow of the bleeds, the proportion of unused energy is more or less, up to zero. Thus, the case marked on the abscissa with the number 8 represents a current-optimized operation with the new operating method. Overall, the evaluation of the data shows that with the new method, a simultaneously current-optimized and heat-optimized operation is possible.

5 zeigt schematisch nach Art eines Blockdiagramms die herkömmliche Ausgestaltung eines Kraft-Wärme-Kopplungssystems 100'. Zu erkennen ist, dass zur Versorgung einer Abverbrauchereinheit 50, zum Beispiel nach Art eines Fernwärmesystems 50', ausschließlich eine Anzapfung 23 an der Turbine 20 verwendet wird. Eine flexible Anpassung durch die Ankopplung an den Austritt 22 der Turbine 20 erfolgt im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung nicht, so dass auch insgesamt die erfindungsgemäß erreichbaren Wirkungsgrade herkömmlicherweise unterschritten bleiben. 5 shows schematically in the manner of a block diagram the conventional design of a combined heat and power system 100 ' , It can be seen that to supply a consumer unit 50 , for example like a district heating system 50 ' , only one tap 23 on the turbine 20 is used. Flexible adaptation through the coupling to the outlet 22 the turbine 20 In contrast to the present invention, this does not take place, so that the overall efficiencies which can be achieved according to the invention also generally remain below.

Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der folgenden Darstellung weiter erläutert:

  • Bei herkömmlichen Kraftwerken, welche eine Dampfturbine 20 zur Stromerzeugung nutzen, wird versucht, den Dampf möglichst weit zu entspannen, um damit am Austritt der Turbine 20 einen möglichst niedrigen Austrittsdruck und eine möglichst niedrige Austrittstemperatur zu erreichen.
These and other aspects of the present invention are also further explained with the aid of the following illustration:
  • In conventional power plants, which have a steam turbine 20 to generate electricity, an attempt is made to relax the steam as much as possible in order to allow the turbine to exit 20 to achieve the lowest possible outlet pressure and the lowest possible outlet temperature.

Je tiefer die Austrittstemperatur und der Austrittsdruck liegen, desto größer ist die Leistungsausbeute aus dem erzeugten Dampf.The lower the outlet temperature and the outlet pressure, the greater the power yield from the steam generated.

Da herkömmlicherweise die Restwärme als Kondensationswärme und im Wesentlichen ungenutzt an eine angeschlossene Hauptwärmesenke 90' übertragen wird, wird mit dem niedrigen Austrittsdruck und der niedrigen Austrittstemperatur der Anteil der ungenutzten Energie minimiert.Since the residual heat is conventionally used as condensation heat and essentially unused to a connected main heat sink 90 ' is transmitted, the proportion of unused energy is minimized with the low outlet pressure and the low outlet temperature.

Die erreichbare Austrittstemperatur hängt von der Temperatur der Hauptwärmesenke ab. Aus diesem Grund wird dieser Kraftwerkstyp meist an einem Gewässer errichtet. Die niedrige Temperatur des Wassers des Gewässers wird genutzt um damit eine möglichst tiefe zulässige Temperatur als Austrittstemperatur am Austritt der Turbine zu erzielen. Für den Fall, dass ein Gewässer nicht genutzt werden kann oder nicht zur Verfügung steht, kommen Kühltürme zum Einsatz, die am Ende den gleichen Effekt erzielen.The attainable outlet temperature depends on the temperature of the main heat sink. For this reason, this type of power plant is usually built on a body of water. The low temperature of the water in the water is used to achieve the lowest possible temperature as the outlet temperature at the outlet of the turbine. In the event that a body of water cannot be used or is not available, cooling towers are used which ultimately achieve the same effect.

Typische Werte für eine Müllverbrennungsanlage als Kraftwerkseinheit 1 sind z.B. für die Turbineneintrittstemperatur Temperaturen im Bereich von etwa 380 °C und für die Turbinenaustrittstemperatur Temperaturen im Bereich von etwa 40 °C bis etwa 50 °C.Typical values for a waste incineration plant as a power plant unit 1 are, for example, temperatures in the range of approximately 380 ° C. for the turbine inlet temperature and temperatures in the range of approximately 40 ° C. to approximately 50 ° C. for the turbine outlet temperature.

Die Turbine 20 selbst hat neben einem Eintritt und einen Austritt auch so genannte Anzapfungen 23, die auch Bleeds genannt werden. Diese Bleeds 23 dienen dazu, einen Teil des Dampfes zur Erwärmung anderer Systeme zu verwenden. Dieser Vorgang kann allgemein als Wärmebehandlung, insbesondere in einem Fernwärmesystem 50', aufgefasst werden, wobei der Begriff Fernwärmesystem 50' deutlich macht, dass die Wärmebehandlung in einem von der Turbineneinheit 20 separierten System 50 erfolgt, welches als Abverbrauchereinheit 50 bezeichnet werden kann. Dies kann jedoch auch in räumlicher Nachbarschaft sein.The turbine 20 itself has so-called taps in addition to an entry and an exit 23 which are also called bleeds. These bleeds 23 serve to use part of the steam to heat other systems. This process can generally be called heat treatment, especially in a district heating system 50 ' , are understood, the term district heating system 50 ' makes it clear that the heat treatment in one by the turbine unit 20 separated system 50 takes place, which as a consumer unit 50 can be designated. However, this can also be in the vicinity.

Die Anzahl und Position der Anzapfungen 23 oder Bleeds ist individuell für den jeweiligen Einsatz auslegt. Die Position einer Anzapfung 23 bestimmt dabei die Temperatur des ausgekoppelten Dampfes. Je näher die Anzapfung 23 beim Eintritt der Turbine 20 liegt, desto höher ist die Temperatur des ausgekoppelten Dampfes und als Folge davon kann eine größere Energiemenge ausgekoppelt und übertragen werden.The number and position of the taps 23 or bleeds is individually designed for the respective application. The position of a tap 23 determines the temperature of the extracted steam. The closer the tap 23 when the turbine enters 20 lies, the higher the temperature of the extracted steam and as a result a larger amount of energy can be extracted and transmitted.

Zum Beispiel werden Fernwärmesysteme 50' oft mithilfe eines Bleeds 23 geheizt. Dazu wird Wasser, welches in einer Ringleitung nach extern - d.h. nach außerhalb der Kraftwerksanlage - geführt wird, mit Hilfe des heißen Dampfes aus einem Bleed 23 der Turbine 20 auf eine höhere Temperatur aufgeheizt.For example, district heating systems 50 ' often with the help of a bleed 23 heated. For this purpose, water which is led externally in a ring line - ie outside the power plant - is extracted from a bleed using the hot steam 23 the turbine 20 heated to a higher temperature.

In 5 ist eine Turbine 20 mit einer Anzapfung 23 gezeigt.In 5 is a turbine 20 with a tap 23 shown.

Bei einem herkömmlichen Dampfkraftwerk werden der Austrittsdruck und die Austrittstemperatur des Dampfes am Austritt einer Turbine 20 so tief wie möglich sein, um möglichst viel Strom - oder allgemeine mechanische Arbeit - aus der Entspannung des Dampfes zu gewinnen.In a conventional steam power plant, the outlet pressure and the outlet temperature of the steam at the outlet of a turbine 20 be as deep as possible to get as much electricity - or general mechanical work - from steam relaxation.

Trotzdem liegen typische Wirkungsgrade, die bei der Stromproduktion erreicht werden können, bei ca. 40 % der erzeugten Leistung, so dass ca. 60 % der erzeugten Leistung vor allem in Form von latenter Wärme an die Haupt Wärmesenke abgegeben werden.Nevertheless, typical efficiencies that can be achieved in electricity production are around 40% of the power generated, so that approximately 60% of the power generated is released to the main heat sink primarily in the form of latent heat.

Eine weitere Nutzung der Wärme ist im Allgemeinen auf Grund des niedrigen Temperaturniveaus schwierig.Further use of the heat is generally difficult due to the low temperature level.

Erfindungsgemäß wird dagegen ein Ansatz verfolgt, welcher immer dann zum Einsatz kommen kann, wenn in einer Anlage mit Hilfe einer Kondensationsturbine 20 Strom erzeugt oder mechanische Arbeit ausgekoppelt und gleichzeitig ein Fernwärmesystem 50 Apostroph als Abverbrauchereinheit 50 in dem oben erläuterten Sinn betrieben wird. Dabei müssen die beiden Systeme der Stromerzeugung und der Wärme- oder Arbeitsauskopplung nicht zwingend miteinander verbunden sein, sie können es aber, wie dies im obigen Beispiel erläutert wurde.According to the invention, however, an approach is followed which can always be used when in a system with the aid of a condensation turbine 20 Electricity is generated or mechanical work is coupled out and at the same time a district heating system 50 Apostrophe as consumer unit 50 is operated in the sense explained above. The two systems of power generation and heat or work extraction need not necessarily be connected to each other, but they can, as explained in the example above.

Anstatt die Austrittstemperatur der Turbine 20 so weit wie möglich abzusenken, wird die Turbine 20 erfindungsgemäß so betrieben, dass die Austrittstemperatur - insbesondere in Kombination mit einem Kondensator 40' als Wärmetauschereinheit 40 - gerade auf die Rücklauftemperatur RL des verbundenen oder angekoppelten Fernwärmesystems 50' oder allgemein der angekoppelten Abverbrauchereinheit 50 abgestimmt ist oder wird.Instead of the turbine outlet temperature 20 lower the turbine as much as possible 20 operated according to the invention so that the outlet temperature - in particular in combination with a condenser 40 ' as a heat exchanger unit 40 - straight to the return temperature RL the connected or coupled district heating system 50 ' or generally the connected consumer unit 50 is or will be coordinated.

Der Temperaturunterschied zwischen dem Wärmeübertragungsfluid oder dem Turbinenaustrittsfluid am Turbinenaustritt 22 und dem Wärmeübertragungsfluid, zum Beispiel dem Kühlmittel, im Fernwärmesystem 50' ist oder wird so gewählt, dass die Kondensationswärme auf das Fernwärmesystem 50' übertragen werden kann.The temperature difference between the heat transfer fluid or the turbine outlet fluid at the turbine outlet 22 and the heat transfer fluid, for example the coolant, in the district heating system 50 ' is or is chosen so that the condensation heat on the district heating system 50 ' can be transferred.

Dabei ist insbesondere eine Modifikation an der Turbine 20 nicht unbedingt erforderlich. Es wird lediglich der Betriebspunkt verändert. Dadurch kann neben der elektrischen Energie auch ein großer Anteil der Wärme genutzt und damit der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks 1 oder der Anlage im Allgemeinen verbessert werden.In particular, there is a modification to the turbine 20 not necessarily required. Only the operating point is changed. This means that in addition to electrical energy, a large proportion of the heat can be used, and thus the overall efficiency of the power plant 1 or the facility in general.

Mit dem erfindungsgemäßen Konzept wird möglicherweise zwar weniger Strom erzeugt oder mechanische Arbeit ausgekoppelt werden, weil weniger Energie aus der Entspannung des Dampfes gewonnen wird. Im Gegenzug kann aber die versandte und übertragene Wärmemenge - also das Maß an Fernwärme - gesteigert werden. Insgesamt ist erfindungsgemäß ein höherer Gesamtwirkungsgrad erreichbar.With the concept according to the invention, less electricity may be generated or mechanical work may be decoupled because less energy is obtained from the expansion of the steam. In return, however, the amount of heat sent and transferred - i.e. the amount of district heating - can be increased. Overall, a higher overall efficiency can be achieved according to the invention.

Für den Fall, dass zusätzlich ein Teil des Dampfs der Turbine 20, über eine Anzapfung 23, für die Fernwärme genutzt wird, kann die Menge des benötigten Dampfes, der für die Erwärmung des Wassers nötig ist, reduziert werden, weil bereits ein großer Teil der zum Erwärmen benötigten Energie aus der Kondensationsenergie stammt. Der gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen reduzierte Teil der Anzapfung 23 kann wiederum in die Stromproduktion gehen.In the event that part of the steam from the turbine 20 , about a tap 23 , for which district heating is used, the amount of steam required to heat the water can be reduced because a large part of the energy required for heating comes from the condensation energy. The part of the tapping that is reduced compared to the conventional procedure 23 can in turn go into electricity production.

Zumindest wird durch das erfindungsgemäße Vorgehen die Stromproduktion nicht so stark verringert, als dass es nicht zu einer Kompensation käme, auch wenn eine Bilanzierung auf 0 nicht erreichbar sein sollte.At least the electricity production is not reduced so much by the procedure according to the invention that there would be no compensation, even if balancing to 0 should not be achievable.

In den 1 bis 3 ist die der Erfindung zu Grunde liegende Idee schematisch dargestellt.In the 1 to 3 the idea on which the invention is based is shown schematically.

Dabei zeigt 2 eine Anordnung mit Turbine 20 und Kondensator 40' als Wärmetauschereinheit 40 sowie eine Abfolge mit drei Wärmetauschern 45-1 bis 45-3, die das Wärmeübertragungsfluid des Fernwärmesystem, zum Beispiel Wasser, aufheizen. Es dienen bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Anzapfungen 23 oder Bleeds der Erwärmung. Dabei kann die Stufe 2 mit Wärmetauscher 45-2 von einem anderen System kommen.It shows 2 an arrangement with a turbine 20 and capacitor 40 ' as a heat exchanger unit 40 as well as a sequence with three heat exchangers 45 - 1 to 45 - 3 that heat the heat transfer fluid of the district heating system, for example water. In this embodiment, two taps are used 23 or bleeds of warming. The level 2 with heat exchanger 45 - 2 come from another system.

Die Austrittstemperatur der Turbine 20 wird gerade so gewählt und eingestellt, dass die Rücklauftemperatur RL in Kombination mit dem Kondensator 40' getroffen wird.The turbine exit temperature 20 is just selected and set so that the return temperature RL in combination with the capacitor 40 ' is hit.

Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 5 Bezug genommen.In addition to the above written description of the invention, additional disclosure is hereby explicitly referred to the graphic representation of the invention in the 1 to 5 Referred.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kraftwerkseinheit, KraftwerkPower plant unit, power plant
1010
Dampferzeugungsteam generation
2020
Turbineturbine
2121
Turbineneintrittturbine inlet
21'21 '
endständiger Eintritt der Turbine 20 final entry of the turbine 20
2222
Turbinenaustrittturbine outlet
22'22 '
endständiger Austritt der Turbine 20 terminal exit of the turbine 20
2323
Anzapfung, Abzweigung, Auslass, BleedTapping, branching, outlet, bleed
2525
Generatoreinrichtunggenerating means
4040
Wärmetauschereinheitheat exchanger unit
40'40 '
Kondensatorcapacitor
4141
Eintritt der WärmetauschereinheitEntry of the heat exchanger unit
4242
Austritt der WärmetauschereinheitOutlet of the heat exchanger unit
45-145-1
Wärmetauscher, durch Anzapfung 23 versorgtHeat exchanger, by tapping 23 provided
45-245-2
Wärmetauscher, durch Anzapfung 23 versorgtHeat exchanger, by tapping 23 provided
45-345-3
Wärmetauscher, durch Anzapfung 23 versorgtHeat exchanger, by tapping 23 provided
5050
Abverbrauchereinheit, AbverbrauchersystemConsumer unit, consumer system
50'50 '
Fernwärmesystemdistrict heating system
5151
Vorlaufleader
5252
Rücklaufreturns
5555
WärmeübertragungsbereichHeat transfer area
5858
Wärmenutzungheat utilization
5959
Umlaufpumpecirculating pump
6060
Steuereinheitcontrol unit
6161
Steuer- und ErfassungsleitungControl and acquisition management
6262
Sensorsensor
6565
Steuerventilcontrol valve
6666
Steuerventilcontrol valve
7070
Kondensattank / RücklaufsystemCondensate tank / return system
8080
Graphgraph
8181
Abszisseabscissa
8282
Ordinateordinate
83-183-1
Spurtrack
83-283-2
Spurtrack
83-383-3
Spurtrack
9090
Abwärmeeinheitheat unit
90`90`
HauptwärmesenkeMain heat sink
100100
Kraft-Wärme-KopplungssystemCogeneration system
100'100 '
herkömmliches Kraft-Wärme-Kopplungssystem conventional cogeneration system
RLRL
Rücklauftemperatur der Abverbrauchereinheit 50/Fernwärmesystems 50'Return temperature of the consumer unit 50 / District heating system 50 '
VLVL
Vorlauftemperatur der Abverbrauchereinheit 50/Fernwärmesystems 50' Flow temperature of the consumer unit 50 / District heating system 50 '

Claims (10)

Betriebsverfahren für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem (100), welches eine Abverbrauchereinheit (50) und eine Kraftwerkseinheit (1) in Kraft-Wärme-Kopplung mit dem Abverbrauchereinheit (50) aufweist, wobei bei dem Betriebsverfahren - Dampf eines Wärmeübertragungsmediums bereitgestellt oder erzeugt wird, - eine Turbine (20) der Kraftwerkseinheit (100) als Kondensationsturbine und zur Stromerzeugung mit dem Dampf betrieben wird, - zumindest ein Teil des Dampfes für eine Wärmebehandlung in der Abverbrauchereinheit (50) verwendet wird, indem - Wärmemenge des Dampfes unmittelbar oder über eine Wärmetauschereinheit (40) mittelbar in die Abverbrauchereinheit (50) übertragen wird, - ein Übertragen von Wärmemenge des Dampfes auf einer stromabwärts gelegenen Seite zu einem Turbinenaustritt (22) erfolgt und - der Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt (22) so unterhalb eines Atmosphärendrucks der Umgebung und insbesondere unterhalb von 1013 hPa eingestellt wird, dass eine vorgegebene Dampfbedingung der Abverbrauchereinheit (50) erfüllt ist oder wird.Operating method for a cogeneration system (100), which has a consumer unit (50) and a power plant unit (1) in cogeneration with the consumer unit (50), the operating method Steam is provided or generated from a heat transfer medium, - A turbine (20) of the power plant unit (100) is operated as a condensation turbine and for generating electricity with the steam, - At least part of the steam is used for a heat treatment in the consumer unit (50) by - Heat quantity of the steam is transferred directly or indirectly to the consumer unit (50) via a heat exchanger unit (40), - A transfer of heat of the steam takes place on a downstream side to a turbine outlet (22) and - The pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet (22) is set below an atmospheric pressure of the environment and in particular below 1013 hPa, that a predetermined steam condition of the consumer unit (50) is or will be met. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine Temperatur und/oder ein Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt (22) entsprechend einer Rücklauftemperatur (RL) der Abverbrauchereinheit (50) als Senkentemperatur ausgelegt oder gewählt und insbesondere in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur (RL) der Abverbrauchereinheit (50) gesteuert oder geregelt ist oder wird.Operating procedures according to Claim 1 , at which a temperature and / or a pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet (22) in accordance with a return temperature (RL) of the consumer unit (50) is designed or selected as a sink temperature and in particular controlled or controlled as a function of the return temperature (RL) of the consumer unit (50) is regulated or will be regulated. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums nach Übertragung der Wärmemenge an die Abverbrauchereinheit (50) und insbesondere am Austritt einer zu Grunde liegenden Wärmetauschereinheit (40) der Rücklauftemperatur (RL) der Abverbrauchereinheit (50) entspricht oder innerhalb eines vorgegebenen ersten Temperaturintervalls im Wesentlichen entspricht.Operating procedures according to Claim 2 , at which the temperature of the heat transfer medium after transfer of the heat quantity to the consumer unit (50) and in particular at the outlet of an underlying heat exchanger unit (40) corresponds to the return temperature (RL) of the consumer unit (50) or essentially corresponds within a predetermined first temperature interval. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem eine Temperatur und/oder ein Druck des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt (22) entsprechend einer gewünschten und/oder vorgegebenen zu erzielenden Vorlauftemperatur (VL) der Abverbrauchereinheit (50) ausgelegt oder geregelt und insbesondere in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur (VL) der Abverbrauchereinheit (50) gesteuert oder geregelt ist oder wird. Operating method according to one of the preceding claims, in which a temperature and / or a pressure of the heat transfer medium at the turbine outlet (22) is designed or regulated in accordance with a desired and / or predetermined flow temperature (VL) to be achieved of the consumer unit (50) and in particular as a function of the Flow temperature (VL) of the consumer unit (50) is controlled or regulated. Betriebsverfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums am Turbinenaustritt (22) der Vorlauftemperatur (VL) der Abverbrauchereinheit (50) entspricht oder innerhalb eines vorgegebenen zweiten Temperaturintervalls im Wesentlichen entspricht.Operating procedures according to Claim 4 , at which the temperature of the heat transfer medium at the turbine outlet (22) corresponds to the flow temperature (VL) of the consumer unit (50) or essentially corresponds within a predetermined second temperature interval. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - die Abverbrauchereinheit (50) nach Art eines Rücklaufsystems betrieben wird, - als Wärmetauschereinheit (40) oder als Teil davon ein Kondensator (40') verwendet wird, - als Wärmeübertragungsmedium Wasser verwendet wird und/oder - als Abverbrauchereinheit (50) ein Fernwärmesystem, eine Produktionsstätte und/oder eine Biogasanlage mit Wärme versorgt werden.Operating method according to one of the preceding claims, in which - The consumer unit (50) is operated in the manner of a return system, a condenser (40 ') is used as the heat exchanger unit (40) or as part thereof, - Water is used as the heat transfer medium and / or - As a consumer unit (50) a district heating system, a production facility and / or a biogas plant are supplied with heat. Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem als eine Kraftwerkseinheit ein Kohlekraftwerk und/oder eine Müllverbrennungsanlage betrieben wird.Operating method according to one of the preceding claims, in which a coal-fired power plant and / or a waste incineration plant is operated as a power plant unit. Steuereinheit für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem (100), welches eine Abverbrauchereinheit (50) und eine Kraftwerkseinheit (1) in Kraft-Wärme-Kopplung mit der Abverbrauchereinheit (50) aufweist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu initiieren, ablaufen zu lassen und/oder zu steuern.Control unit for a cogeneration system (100), which has a consumer unit (50) and a power plant unit (1) in cogeneration with the consumer unit (50), the control unit being set up, an operating method according to one of the Claims 1 to 7 to initiate, run and / or control. Kraft-Wärme-Kopplungssystem (100), welches - eingerichtet ist, mit einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 betrieben zu werden, - mit einer Kraftwerkseinheit (1) und mit einer Abverbrauchereinheit (50) ausgebildet ist, wobei die Kraftwerkseinheit (1) zur Kraft-Wärme-Kopplung mit der Abverbrauchereinheit (50) eingerichtet ist, und/oder - eine Steuereinheit nach Anspruch 8 aufweist.Combined heat and power system (100), which - is set up with an operating method according to one of the Claims 1 to 7 to be operated, - is designed with a power plant unit (1) and with a consumer unit (50), the power plant unit (1) being set up for cogeneration with the consumer unit (50), and / or - a control unit Claim 8 having. Kraft-Wärme-Kopplungssystem (100) nach Anspruch 9, mit: - einer Einheit (10) zum Bereitstellen und/oder Erzeugen von Dampf eines Wärmeübertragungsmediums, - einer Turbine (20) zur Gewinnung mechanischer Arbeit und/oder zur Stromerzeugung durch Betreiben mit dem Dampf, wobei die Turbine (20) einen Turbineneintritt (21) und einen Turbinenaustritt (22) für das Wärmeübertragungsmedium aufweist, und - einer Einrichtung, insbesondere nach Art einer Wärmetauschereinheit (40) oder eines Kondensators (40'), welche dem Turbinenaustritt (22) in Bezug auf die Strömung des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet und dazu eingerichtet ist, Wärmemenge des aus dem Turbinenaustritt (22) austretenden Wärmeübertragungsmediums in die Abverbrauchereinheit (50) zu übertragen.Combined heat and power system (100) Claim 9 , with: - a unit (10) for providing and / or generating steam from a heat transfer medium, - a turbine (20) for obtaining mechanical work and / or for generating electricity by operating with the steam, the turbine (20) entering a turbine ( 21) and a turbine outlet (22) for the heat transfer medium, and - a device, in particular in the manner of a heat exchanger unit (40) or a condenser (40 '), which connects the turbine outlet (22) with respect to the flow of the heat transfer medium and in addition is set up to transfer heat quantity of the heat transfer medium emerging from the turbine outlet (22) into the consumer unit (50).
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