DE102018213063A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Speicherung von Dampf - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) vorgeschlagen, die einen Dampfkreislauf (100) mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine (4) und einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher (42) umfasst, wobei der Dampfkreislauf (100) eine Bypassleitung (24) aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt. Erfindungsgemäß ist der Dampfkreislauf (100) derart ausgestaltet, dass Dampf aus der Bypassleitung (24) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) zuführbar ist.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkreislaufes (100), insbesondere eines Dampfkraftwerkes.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
  • In den letzten Jahren steigt der Anteil an erneuerbaren Energien stetig an. Hierbei besteht aufgrund der variierenden Angebotscharakteristik von erneuerbaren Energien eine wesentliche Herausforderung darin, diese in bereits bestehende Energienetze, insbesondere Stromnetze, einzubinden. Das ist deshalb der Fall, da typischerweise für erneuerbare erzeugte Energieformen deren Erzeugung nicht mit einer aktuellen Nachfrage übereinstimmt. Weiterhin sind erneuerbare Energien örtlich ungleichmäßig verteilt. Aktuell wird versucht die genannten Herausforderungen durch einen Ausbau bestehender Energienetze oder Stromnetze zu überwinden.
  • Insgesamt ergibt sich hieraus ein Regelleistungsmarkt, der Anbieter, die kurzzeitig negative oder positive Regelleistungen bereitstellen können, fördert. Bereits bestehende Kraftwerke, insbesondere Dampfkraftwerke, können aufgrund mangelnder Flexibilität nur schwer an einem solchen Markt partizipieren. Insbesondere ist hierbei der Dampfkreislauf des Dampfkraftwerkes problematisch, da dieser zeitlich träge ist.
  • Eine Flexibilisierung des Dampfkreislaufes kann mittels eines Dampfspeichers erfolgen. Hierbei wird der erzeugte Dampf mittels des Dampfspeichers zwischengespeichert. Erfolgt eine Leistungsanforderung an das Dampfkraftwerk, so wird der Dampf mittels des Dampfspeichers bereitgestellt und zur Turbine des Dampfkraftwerkes zur Erzeugung elektrischen Stromes geführt. Mit anderen Worten kann mittels des Dampfspeichers überschüssiger Strom in Bedarfszeiträume verschoben werden. Dadurch kann ein Beitrag zur Netzstabilität geleistet werden.
  • Ein Nachteil bekannter Dampfspeicher ist, dass diese weiterhin zu träge sind, um eine ausreichende Flexibilisierung von Dampfkraftwerken zu ermöglichen. Das ist deshalb der Fall, da die Flexibilität der Verdampfung, typischerweise von Wasser, durch die großen verwendeten Massen beschränkt ist. Dadurch kann auf kurzfristige Schwankungen in der Stromproduktion nur schwer reagiert werden.
  • Um ebenfalls Dampfspeicher flexibler zu gestalten, können diese mit einem verkapselten Phasenwechselmaterial versehen werden. Eine solche Verkapselung ist beispielsweise aus der Patentanmeldung EP 3116797 A1 bekannt.
  • Aus dem Stand der Technik sind weitere Dampfspeicher bekannt, beispielsweise Warmwasser- beziehungsweise Druckwasserspeicher oder P2H-Lösungen (englisch: Power to Heat; abgekürzt P2H; deutsch: Elektroenergie zu Wärme) sowie Ruthsspeicher, Flüssigsalzspeicher und/oder Batterien.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine flexiblere Speicherung von Dampf zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Dampfkreislauf mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine und einen in den Dampfkreislauf eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher, wobei der Dampfkreislauf eine Bypassleitung aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer erstreckt. Erfindungsgemäß ist der Dampfkreislauf derart ausgestaltet, dass Dampf aus der Bypassleitung dem thermochemischen Wärmespeicher zuführbar, insbesondere direkt zuführbar, ist.
  • Insbesondere erstreckt sich die Bypassleitung von einer der ersten Stufen, beispielsweise von der ersten, zweiten, dritten, vierten oder fünften Stufe, der Niederdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer. Weiterhin kann sich die Bypassleitung bevorzugt von der ersten Stufe der Niederdruckteilturbine zu dem wenigstens einen Niederdruckvorwärmer erstrecken.
  • Mittels des thermochemischen Wärmespeichers wird insbesondere wenigstens ein Teil der thermischen Energie des Dampfes gespeichert. Eine direkte Speicherung des Dampfes ist nicht erforderlich, kann jedoch vorgesehen sein.
  • Eine Anordnung eines weiteren Elementes des Dampfkreislaufes vor oder nach einem Element des Dampfkreislaufes bezieht sich auf die Strömungsrichtung beziehungsweise Kreislaufrichtung des Dampfkreislaufes. Mit anderen Worten beziehen sich die relativen Anordnungen - vor oder nach - auf den Dampfkreislauf.
  • Insbesondere ist ein weiteres Element vor einem Element angeordnet, falls die Strömungsrichtung des Dampfes innerhalb des Dampfkreislaufes effektiv von dem weiteren Element zum Element gerichtet ist. Insbesondere ist ein weiteres Element nach einem Element angeordnet, falls die Strömungsrichtung des Dampfes innerhalb des Dampfkreislaufes effektiv von dem Element zum weiteren Element gerichtet ist. Mit anderen Worten können die beiden Elementen durch einen aufsummierten effektiven Strömungsvektor gedanklich miteinander verbunden werden, wobei dieser effektive Strömungsvektor vom Element zum weiteren Element (weiteres Element nach dem Element angeordnet) oder vom weiteren Element zum Element (weiteres Element vor dem Element angeordnet) gerichtet ist. Der aufsummierte effektive Strömungsvektor kennzeichnet somit die Nettoströmungsrichtung vom Element zum weiteren Element oder vom weiteren Element zum Element. Ein weiteres Element ist direkt vor oder direkt nach einem Element angeordnet, falls zwischen den Elementen kein weiteres Element, welches mit dem Dampf des Dampfkreislaufes wesentlich wechselwirkt, angeordnet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der thermochemische Wärmespeicher in den Dampfkreislauf eingebunden. Mit anderen Worten wird ein thermochemischer Wärmespeicher zur wenigstens teilweisen Speicherung des Dampfes und/oder zur wenigstens teilweisen Speicherung der thermischen Energie des Dampfes verwendet. Hierbei ist der thermochemische Wärmespeicher in den Dampfkreislauf der Vorrichtung integriert.
  • Typischerweise wird ein thermochemischer Wärmespeicher mittels einer endothermen chemischen Reaktion beladen und mittels einer exothermen chemischen Reaktion entladen. Hierzu weist der thermochemische Wärmespeicher ein Reaktionssystem auf. Die Reaktionstemperaturen für die Beladung und Entladung können hierbei mittels des Druckes eingestellt werden. Reaktionsdruck und Reaktionstemperatur hängen über das Reaktionsgleichgewicht zusammen (Van-'t-Hoff-Gleichung).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der thermochemische Wärmespeicher mittels Dampf aus der Bypassleitung entladen. Das ist deshalb der Fall, da für viele bekannte Reaktionssystem Wasser für die Entladung zugeführt werden muss. Mit anderen Worten ist die vorliegende Erfindung besonders für wasserbasierte Reaktionssystem von Vorteil. Wasserbasierte Reaktionssysteme zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass bei der Beladung Wasser frei wird. Mit anderen Worten wird bei der Beladung ein Speichermedium des thermochemischen Wärmespeichers, das Bestandteil des Reaktionssystems ist, getrocknet. Bei der Entladung muss dieses Wasser beziehungsweise Wasserdampf wieder zugeführt werden. Dieser zugeführte Wasserdampf kann als Reaktionsdampf bezeichnet werden.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu Dampf aus der Bypassleitung vorgesehen, der vorteilhafterweise für wasserbasierte Reaktionssysteme ein vorteilhaftes Druckniveau und Temperaturniveau aufweist. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von Reaktionssystemen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher beispielsweise eine vorteilhafte Integration eines thermochemischen Wärmespeichers in den Dampfkreislauf eines Dampfkraftwerkes.
  • Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein flexibler Dampfkreislauf bereitgestellt. Hierbei kann die Vorrichtung bezüglich der Menge des Dampfes und somit bezüglich der Menge an erzeugten Strom flexibel betrieben werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Dampfkreislaufes mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine, einen in den Dampfkreislauf eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher und einer Bypassleitung wird Dampf aus der Bypassleitung dem thermochemischen Wärmespeichers zugeführt. Hierbei erstreckt sich die Bypassleitung von einer Stufe der Niederdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer des Dampfkreislaufes.
  • Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der thermochemische Wärmespeicher Strontiumbromid/Wasser als Reaktionssystem.
  • Dadurch ist das Reaktionssystem vorteilhafterweise wasserbasiert. Weiterhin weist dieses Reaktionssystem eine vorteilhafte Reaktionstemperatur und einen vorteilhaften Reaktionsdruck auf.
  • Beim Beladen des thermochemischen Wärmespeichers wird das als Monohydrat vorliegende Strontiumbromid mittels Wärme aus dem Dampfkreislauf getrocknet. Dadurch geht das Strontiumbromid-Monohydrat in Strontiumbromid-Anhydrat über, wobei Wasser beziehungsweise Wasserdampf frei wird. Die Reaktion zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers ist somit endotherm. Bei der Entladung des thermochemischen Wärmespeichers ist es erforderlich diesem wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf (Reaktionsdampf) zuzuführen. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch den Dampf aus der Bypassleitung, der dem thermochemischen Wärmespeichers direkt zugeführt wird.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Dampf nach der Stufe der Niederdruckteilturbine eine vorteilhafte und geeignete Temperatur sowie einen vorteilhaften und geeigneten Druck aufweist. Mit anderen Worten ist das Temperaturniveau und das Druckniveau des dem thermochemischen Wärmespeichers zugeführten Dampfes geeignet, das Strontiumbromid-Anhydrat wieder in Strontiumbromid-Monohydrat zu überführen. Hierbei nimmt das Strontiumbromid-Anhydrat das Wasser beziehungsweise den Wasserdampf auf und gibt thermisch Energie ab. Mit anderen Worten passen das Reaktionssystem Strontiumbromid/Wasser und das Druckniveau des Wasserdampfes innerhalb der Bypassleitung vorteilhaft zusammen. Mittels des vorteilhaften Reaktionssystems kann somit thermische Energie gespeichert werden, die bei einer Leistungsanforderung an den Dampfkreislauf zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigegeben beziehungsweise bereitgestellt werden kann. Bei der exothermen Reaktion des Reaktionssystems, das heißt bei dem Übergang von Strontiumbromid-Anhydrat zu Strontiumbromid-Monohydrat wird Wärme beziehungsweise thermische Energie frei, die wiederum dazu verwendet werden kann, Dampf innerhalb des Dampfkreislaufes zu erwärmen oder zu erzeugen. Mit anderen Worten umfasst der Dampfkreislauf ebenfalls eine Wärmequelle und eine Wärmesenke für den thermochemischen Wärmespeicher.
  • Hierbei weist das Reaktionssystem typischerweise eine Reaktionstemperatur im Bereich von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius bei einem Druck von etwa 100 Millibar auf. Dieses Temperaturniveau und Druckniveau entspricht in etwa genau dem Druckniveau und Temperaturniveau des Dampfes innerhalb der Bypassleitung, insbesondere direkt nach einer der ersten Stufen der Niederdruckteilturbine. Mit anderen Worten wirkt das Reaktionssystem mit Strontiumbromid mit dem Dampf der nach einer der ersten Stufen der Niederdruckteilturbine vorliegt synergetisch zusammen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Dampfkreislauf weiterhin eine Hochdruckteilturbine und eine Mitteldruckteilturbine auf, wobei die Hochdruckteilturbine, die Mitteldruckteilturbine und die Niederdruckteilturbine mittels des Dampfkreislaufes miteinander verbunden sind.
  • Vorteilhafterweise wird dadurch die energetische Effizienz des Dampfkreislaufes erhöht. Weiterhin können die Hochdruckteilturbine, die Mitteldruckteilturbine und die Niederdruckteilturbine eine Gesamtturbine des Dampfkreislaufes ausbilden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der thermochemische Wärmespeicher zur wenigstens teilweisen Bereitstellung der zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers erforderlichen thermischen Energie mit einem Eingang und/oder Ausgang der Hochdruckteilturbine thermisch gekoppelt.
  • Mit anderen Worten wird zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers Dampf vor und/oder nach der Hochdruckteilturbine verwendet. Dieser Dampf kann als Beladedampf bezeichnet werden, wobei der Beladedampf direkt oder indirekt dem thermochemischen Wärmespeicher zugeführt werden kann. Mit anderen Worten kann die thermische Kopplung zwischen dem thermochemischen Wärmespeicher und der Hochdruckteilturbine direkt oder indirekt erfolgen. Erfolgt die thermische Kopplung direkt, so wird der Beladedampf direkt in das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers eingeleitet. Bei einer indirekten thermischen Kopplung wird lediglich die thermische Energie beziehungsweise Wärme des Beladedampfes wenigstens teilweise auf das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers übertragen. Eine solche Übertragung kann mittels eines Plattenwärmeübertragers erfolgen. Vorteilhafterweise weist der Dampf vor oder nach der Hochdruckteilturbine ein ausreichendes Temperaturniveau und Druckniveau auf, um das Wasser wenigstens teilweise aus dem Strontiumbromid-Monohydrat auszutreiben, das heißt das als Monohydrat vorliegende Strontiumbromid wenigstens teilweise zu trocknen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Dampfkreislauf wenigstens einen ersten, einen zweiten und dritten Niederdruckvorwärmer auf, wobei die Niederdruckvorwärmer in Reihe geschalten sind, wobei sich die Bypassleitung von der Stufe der Niederdruckturbine zum dritten Niederdruckvorwärmer erstreckt.
  • Hierbei sind die Niederdruckvorwärmer gemäß ihrer nummerischen Bezeichnung in Reihe geschalten. Mit anderen Worten wird der erste Niederdruckvorwärmer zuerst vom Dampf durchströmt, dann der zweite Niederdruckvorwärmer und dann der dritte Niederdruckvorwärmer. Vorteilhafterweise wird der Dampf nach der Stufe der Niederdruckteilturbine und vor den Niederdruckvorwärmern dem thermochemischen Wärmespeicher zugeführt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Dampfkreislauf wenigstens einen Hochdruckvorwärmer auf, wobei der thermochemische Wärmespeicher zu seiner wenigstens teilweisen Entladung thermisch mit dem Hochdruckvorwärmer gekoppelt ist.
  • Vorteilhafterweise stellt der thermochemische Wärmespeicher bei seiner Entladung thermische Energie beziehungsweise Wärme mit einem vorteilhaften Druckniveau und einem vorteilhaften Temperaturniveau bereit, sodass diese effektiv mittels des Hochdruckvorwärmers dem Dampfkreislauf wieder zugeführt werden kann. Typischerweise wird beim Entladen des thermochemischen Wärmespeichers diesem mehr Dampf beziehungsweise Wasserdampf zugeführt als für die Reaktion des Reaktionssystems, das heißt für die Bewässerung des Strontiumbromids erforderlich ist. Der überschüssige Dampf wird durch die bei der exothermen Reaktion des Reaktionssystems freiwerdende Wärme beziehungsweise thermische Energie überhitzt beziehungsweise erwärmt und wiederum dem Hochdruckvorwärmer zugeführt. Dadurch geht vorteilhafterweise kein Wasserdampf verloren, da dieses wieder dem Dampfkreislauf zugeführt wird. Mit anderen Worten ist der Dampfkreislauf in Verbindung mit dem thermochemischen Wärmespeicher bezüglich des Dampfes abgeschlossen. Dadurch wird vorteilhafterweise der Wirkungsgrad des Dampfkreislaufes beziehungsweise der Vorrichtung nicht negativ beeinflusst.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung wenigstens dazu ausgebildet ist, die Zufuhr des Dampfes zum thermochemischen Wärmespeicher zu steuern.
  • Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die Beladung und Entladung des thermochemischen Wärmespeichers zu steuern. Hierbei kann eine Steuerung der genannten Elemente ebenfalls eine Regelung umfassen.
  • Besonders bevorzugt ist hierbei die Steuervorrichtung eines Energiemanagements angebunden.
  • Vorteilhafterweise kann dadurch eine intelligente Steuerung oder Regelung des Dampfkreislaufes und der Speicherung des Dampfes mittels des thermochemischen Wärmespeichers erfolgen. Hierbei kann das Energiemanagement beziehungsweise die Anbindung der Steuervorrichtung an das Energiemanagement mittels einer Datenwolke, insbesondere mittels MindSphere der Siemens AG, erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Dampfkraftwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen umfasst.
  • Vorteilhafterweise ist dadurch ein flexiblerer Betrieb beziehungsweise eine Flexibilisierung des Dampfkraftwerkes möglich.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:
    • 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
    • 2 eine Gleichgewichtskurve des Reaktionssystems Strontiumbromid/Wasser.
  • Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in einer der Figuren oder in den Figuren mit demselben Bezugszeichen versehen sein.
  • Die 1 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Hochdruckteilturbine 2, eine Mitteldruckteilturbine 3 und eine Niederdruckteilturbine 4. Die Hochdruckteilturbine 2, die Mitteldruckteilturbine 3 und die Niederdruckteilturbine 4 bilden eine Gesamtturbine der Vorrichtung 1 aus und sind auf einer gemeinsamen Achse angeordnet. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen Kondensator 6, einen ersten Niederdruckvorwärmer 81, einen zweiten Niederdruckvorwärmer 82 und einen dritten Niederdruckvorwärmer 83. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen Speisewasserbehälter 8 und eine Kessel 10 zur Erzeugung von Wasserdampf aus Wasser. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen ersten Hochdruckvorwärmer 91 sowie einen zweiten Hochdruckvorwärmer 92. Die genannten Elemente der Vorrichtung 1 sind mittels eines Dampfkreislaufes 100 verbunden.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung 1 einen thermochemischen Wärmespeicher 42. Hierbei weist der thermochemische Wärmespeicher 42 besonders bevorzugt gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Strontiumbromid/Wasser als Reaktionssystem auf.
  • Bei einer Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 wird das Strontiumbromid, welches als Monohydrat vorliegt, getrocknet. Bei einer Entladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 wird das nach der Trocknung vorliegende Anhydrat des Strontiumbromids wieder mit Wasser beziehungsweise Wasserdampf versetzt, sodass sich wieder das Monohydrat des Strontiumbromids ausbildet.
  • Zur Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ist thermische Energie/Wärme erforderlich. Die erforderliche Wärme kann mittels einer Dampfleitung 44 (Zuleitung für Beladung) dem thermochemischen Wärmespeicher 42, bevorzugt aus einem Ausgang der Hochdruckturbine 2, insbesondere direkt nach der Hochdruckteilturbine 2, zugeführt werden. Mit anderen Worten ist der thermochemische Wärmespeicher 42 bevorzugt mit dem Ausgang der Hochdruckteilturbine 2 über die Dampfleitung 44 gekoppelt. Hierbei kann der Dampf mittels der Dampfleitung 44 im direkten oder indirekten thermischen Kontakt mit dem Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 sein. Mit anderen Worten ist eine direkte oder indirekte wenigstens teilweise Übertragung der thermischen Energie/Wärme auf das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 möglich.
  • Da bei der Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 Wasser beziehungsweise Wasserdampf ausgetrieben wird (unter einem Einsatz von thermischer Energie/Wärme), ist bei der Entladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf erforderlich. Der bei der Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ausgetriebene Wasserdampf kann wiederum dem Dampfkreislauf 100 zugeführt werden.
  • Zur Entladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ist die Zuleitung 40 für den Reaktionsdampf vorgesehen. Die Zuleitung 40 zweigt von einer Bypassleitung 24 ab. Die Bypassleitung 24 erstreckt sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine 4 zum dritten Niederdruckvorwärmer 83. Mit anderen Worten wird der Reaktionsdampf aus der Bypassleitung 24 entnommen und dem thermochemischen Wärmespeicher 42 direkt zugeführt. Hierbei wird der Reaktionsdampf direkt in das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 eingeleitet und somit dem Strontiumbromid wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf zugeführt. Dadurch erfolgt eine exotherme Reaktion des Strontiumbromids, sodass Wärme beziehungsweise thermische Energie bereitgestellt werden kann. Die bereitgestellte Wärme kann wiederum mittels einer weiteren Dampfleitung 46 in den Dampfkreislauf 100 rückgeführt werden. Hierbei kann die Rückführung wieder direkt oder indirekt bezüglich des Dampfes des Dampfkreislaufes 100 erfolgen. Die weitere Dampfleitung 46 erstreckt sich hierbei vom thermochemischen Wärmespeicher 42 zum ersten Hochdruckvorwärmer 91. Dadurch kann vorteilhafterweise die bei der Beladung gespeicherte thermische Energie des Dampfes wieder auf den Dampf des Dampfkreislaufes 100 übertragen werden, wodurch die Leistung der Vorrichtung 1 beziehungsweise des Dampfkreislaufes 100 erhöht werden kann.
  • Zusammenfassend wird dadurch vorteilhafterweise eine Flexibilisierung des Dampfkreislaufes 100 ermöglicht. Dadurch kann ein Dampfkraftwerk, welches den Dampfkreislauf 100 umfasst, flexibel bezüglich seiner bereitgestellten Leistung gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Wird von dem Dampfkraftwerk weniger Leistung angefordert, so kann thermische Energie des Dampfes mittels des thermochemischen Wärmespeichers 42 gespeichert werden und somit die Leistung des Dampfkraftwerkes reduziert werden. Wird wieder eine höhere Leistung angefordert, so kann die thermische Energie dem Dampfkreislauf 100 des Dampfkraftwerkes wieder zugeführt werden.
  • Das in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Reaktionssystem von Strontiumbromid/Wasser ist deshalb von Vorteil, da dieses für seine Reaktion ein Druckniveau und Temperaturniveau erfordert, das im Wesentlichen dem Druckniveau und Temperaturniveau des Dampfes innerhalb der Bypassleitung 24 entspricht. Weiterhin ist das Reaktionssystem von Vorteil, da dieses auf Wasser basiert und somit der Reaktionsdampf direkt in das Speichermaterial beziehungsweise Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 eingeleitet werden kann. Zusammenfassend wird dadurch vorteilhafterweise eine verbesserte Flexibilisierung des Dampfkreislaufes 100 ermöglicht.
  • In 2 ist die Gleichgewichtskurve des erfindungsgemäß vorgesehenen Reaktionssystems Strontiumbromid/Wasser dargestellt.
  • Hierbei ist an der Abszisse 100 des dargestellten Diagramms die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen. An der Ordinate 102 des dargestellten Diagramms ist der Druck in Bar aufgetragen. Insbesondere im Bereich von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius weist das erfindungsgemäß vorgesehene Reaktionssystem von Strontiumbromid/Wasser ein mit dem Druck des Dampfes nach einer der ersten Stufen der Niederdruckteilturbine 4, insbesondere nach der ersten Stufe der Niederdruckteilturbine 4, vergleichbares Druckniveau auf. Daher wirken das Reaktionssystem von Strontiumbromid/Wasser und der nach der Niederdruckteilturbine 4 vorliegende Dampf synergetisch zusammen, sodass eine besonders vorteilhafte und effektive Kopplung über die Zuleitung 40 erfolgen kann.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Hochdruckteilturbine
    3
    Mitteldruckteilturbine
    4
    Niederdruckteilturbine
    6
    Kondensator
    8
    Speisewasserbehälter
    10
    Kessel
    24
    Bypassleitung
    40
    Zuleitung - Reaktionsdampf
    42
    Thermochemischer Wärmespeicher
    44
    Dampfleitung
    46
    weitere Dampfleitung
    81
    erster Niederdruckvorwärmer
    82
    zweiter Niederdruckvorwärmer
    83
    dritter Niederdruckvorwärmer
    91
    erster Hochdruckvorwärmer
    92
    zweiter Hochdruckvorwärmer
    100
    Dampfkreislauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3116797 A1 [0006]

Claims (13)

  1. Vorrichtung (1), umfassend einen Dampfkreislauf (100) mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine (4) und einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher (42), wobei der Dampfkreislauf (100) eine Bypassleitung (24) aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) derart ausgestaltet ist, dass Dampf aus der Bypassleitung (24) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) zuführbar ist.
  2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) Strontiumbromid/Wasser als Reaktionssystem umfasst.
  3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) weiterhin eine Hochdruckteilturbine (2) und eine Mitteldruckteilturbine (3) aufweist, wobei die Hochdruckteilturbine (2), die Mitteldruckteilturbine (3) und die Niederdruckteilturbine (4) mittels des Dampfkreislaufes (100) miteinander verbunden sind.
  4. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) zur wenigstens teilweisen Bereitstellung der zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers (42) erforderlichen thermischen Energie mit einem Eingang und/oder Ausgang der Hochdruckteilturbine (2) thermisch gekoppelt ist.
  5. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) wenigstens einen ersten, einen zweiten und dritten Niederdruckvorwärmer (81, 82, 83) aufweist, wobei die Niederdruckvorwärmer (81, 82, 83) in Reihe geschalten sind, wobei sich die Bypassleitung (24) von der Stufe der Niederdruckturbine (4) zum dritten Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt.
  6. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) wenigstens einen Hochdruckvorwärmer (91) aufweist, wobei der thermochemische Wärmespeicher (42) zu seiner wenigstens teilweisen Entladung (42) thermisch mit dem Hochdruckvorwärmer (91) gekoppelt ist.
  7. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuervorrichtung umfasst, wobei die Steuervorrichtung wenigstens dazu ausgebildet ist, die Zufuhr des Dampfes zum thermochemischen Wärmespeicher (42) zu steuern.
  8. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung an ein Energiemanagementsystem angebunden ist.
  9. Dampfkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampfkraftwerk eine Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkreislaufes (100), wobei der Dampfkreislauf (100) wenigstens eine Niederdruckteilturbine (4), einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher (42) und eine Bypassleitung (24), die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) des Dampfkreislaufes (100) erstreckt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf aus der Bypassleitung (24) dem thermochemischen Wärmespeichers (42) zugeführt wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) Strontiumbromid/Wasser als Reaktionssystem umfasst, und der Dampf aus der Bypassleitung (24) dem Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers (42) direkt zugeführt wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers (42) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) thermische Energie von einem Eingang und/oder Ausgang einer Hochdruckteilturbine (2) zugeführt wird.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Entladen des thermochemischen Wärmespeichers (42) erzeugte thermische Energie wenigstens teilweise einem Hochdruckvorwärmer (91) des Dampfkreislaufes (100) zugeführt wird.
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