DE102020002276A1 - Power generation system and method for speed control of a drive unit in a power supply system - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung, welche eine Stromerzeugungsanlage (1) und ein Verfahren zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit in einer Stromerzeugungsanlage (1) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine netzfrequenzabhängige Regelung der Drehzahl eines mit der Antriebseinheit gekoppelten Generators (3) auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl erreicht wird. Diese Aufgabe wird anordnungsseitig dadurch gelöst, dass die Antriebseinheit ein drehzahlgeregelter Wasserstoffmotor (2) mit Betriebsgaszirkulation ist. Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass als Antriebseinheit ein den elektrischen Generator (3) antreibender drehzahlgeregelter Wasserstoffmotor (2) mit Betriebsgaszirkulation bereitgestellt wird und dass zur Regelung auf die vorgegebene Soll-Drehzahl eine Veränderung eines dem Wasserstoffmotor (2) mit Betriebsgaszirkulation zugeführten Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemischs erfolgt. The invention, which relates to a power generation plant (1) and a method for regulating the speed of a drive unit in a power generation plant (1), is based on the object of specifying a solution whereby a network frequency-dependent control of the speed of a generator (3) coupled to the drive unit is applied to a specified target speed is reached. This object is achieved in terms of the arrangement in that the drive unit is a speed-controlled hydrogen motor (2) with operating gas circulation. In terms of the method, the object is achieved in that a speed-controlled hydrogen engine (2) with operating gas circulation that drives the electric generator (3) is provided as the drive unit, and that a change in an operating gas that is supplied to the hydrogen engine (2) with operating gas circulation for regulation to the specified target speed. Oxygen-hydrogen mixture takes place.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanlage, welche einen elektrischen Generator und eine Antriebseinheit zum Antreiben des elektrischen Generators aufweist.The invention relates to a power generation plant which has an electric generator and a drive unit for driving the electric generator.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit in einer Stromversorgungsanlage, welche mit einem elektrischen Generator zur Stromerzeugung bereitgestellt wird und bei welchem eine Ist-Drehzahl des elektrischen Generators oder der Antriebseinheit bestimmt wird und bei welchem eine Regelung der Ist-Drehzahl auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl erfolgt.The invention also relates to a method for regulating the speed of a drive unit in a power supply system, which is provided with an electric generator for generating electricity and in which an actual speed of the electric generator or the drive unit is determined and in which the actual speed is regulated to a predetermined value Target speed takes place.
Bekannt sind Stromerzeugungsanlagen, beispielsweise für eine dezentrale Erzeugung von elektrischer Energie, in verschiedenen Größen beziehungsweise mit verschiedenen elektrischen Leistungen. Derartige Stromerzeugungsanlagen umfassen mindestens eine Antriebseinheit und einen von der Antriebseinheit angetriebenen elektrischen Generator, in welchem die von der Antriebseinheit gelieferte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt und vom Generator abgegeben wird. Diese Abgabe der elektrischen Energie erfolgt üblicherweise an ein Energieübertragungsnetz, welches auch als Stromversorgungsnetz bezeichnet wird, oder an direkt angeschlossene elektrische Verbraucher.Power generation systems are known, for example for the decentralized generation of electrical energy, in various sizes or with various electrical powers. Such power generation systems comprise at least one drive unit and an electrical generator driven by the drive unit, in which the mechanical energy supplied by the drive unit is converted into electrical energy and output by the generator. This delivery of electrical energy is usually carried out to an energy transmission network, which is also referred to as a power supply network, or to directly connected electrical consumers.
In derartigen Stromerzeugungsanlagen arbeiten üblicherweise sogenannte konventionelle Verbrennungskraftmaschinen beziehungsweise Brennkraftmaschinen als Antriebseinheit, welche beispielsweise mit Benzin, Dieselkraftstoff oder Gasbrennstoff betrieben werden. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Brennkraftmaschinen besteht darin, dass bei der Verbrennung beispielsweise eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum beziehungsweise einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine Schadstoffe wie beispielsweise Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und andere entstehen und in die Umwelt emittiert beziehungsweise ausgestoßen werden. Zusätzlich wird auch das als besonders problematisch eingestufte klimaschädliche Abgas Kohlendioxid (CO2) emittiert.So-called conventional internal combustion engines or internal combustion engines, which are operated, for example, with gasoline, diesel fuel or gas fuel, usually work as drive units in such power generation systems. A major disadvantage of such internal combustion engines is that the combustion of, for example, a fuel-air mixture in the combustion chamber or a combustion chamber of an internal combustion engine produces pollutants such as nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and others and releases them into the environment are emitted or emitted. In addition, the climate-damaging exhaust gas carbon dioxide (CO2), which is classified as particularly problematic, is emitted.
Somit weist dieser bekannte Stand der Technik erhebliche Nachteile für die Umwelt und die Gesundheit auf.This known state of the art thus has considerable disadvantages for the environment and health.
Aus dem Stand der Technik sind auch sogenannte abgasemissionsfreie Hocheffizienzmotoren bekannt.So-called exhaust emission-free, high-efficiency motors are also known from the prior art.
Diese Art von Motoren unterscheiden sich von bekannten Brennkraftmaschinen dadurch, dass diese Motoren einen sogenannten Zirkulationsweg aufweisen. Der Zirkulationsweg wird durch das Verbinden eines Auslasskanals des Hocheffizienzmotors, durch den nach der Verbrennung erzeugtes Abgas strömt, und eines Einlasskanals des Hocheffizienzmotors, durch den ein in den Brennraum einzuleitendes Gas strömt, gebildet.This type of engine differs from known internal combustion engines in that these engines have a so-called circulation path. The circulation path is formed by connecting an exhaust passage of the high-efficiency engine through which exhaust gas generated after combustion flows and an intake passage of the high-efficiency engine through which a gas to be introduced into the combustion chamber flows.
In solchen Hocheffizienzmotoren werden beispielsweise Wasserstoff, der als Kraftstoff verwendet wird, und Sauerstoff, der den Wasserstoff oxidiert, dem Brennraum zugeführt. Zusätzlich wird beispielsweise Argon, das als Arbeitsgas beziehungsweise Betriebsgas über den Auslasskanal und über den Zirkulationsweg zum Einlasskanal zirkuliert, dem Brennraum zurückgeführt. Es handelt sich hierbei um einen geschlossenen Kreislauf, welcher eine Verbrennung ohne Umgebungsluft realisiert. Durch die Verwendung von Argon als Arbeitsgas beziehungsweise Betriebsgas wird ein besserer thermischer Wirkungsgrad im Vergleich zu konventionellen Brennkraftmaschinen erreicht. Nachfolgen wird ein derartiger Hocheffizienzmotor mit einem Zirkulationsweg als Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation oder mit einem umlaufenden Arbeitsmedium oder kürzer nur als Wasserstoffmotor bezeichnet.In such high-efficiency engines, for example, hydrogen, which is used as fuel, and oxygen, which oxidizes the hydrogen, are supplied to the combustion chamber. In addition, argon, for example, which circulates as working gas or operating gas via the outlet channel and via the circulation path to the inlet channel, is returned to the combustion chamber. This is a closed circuit that realizes combustion without ambient air. By using argon as the working gas or operating gas, a better thermal efficiency is achieved compared to conventional internal combustion engines. In the following, such a high-efficiency motor with a circulation path is referred to as a hydrogen motor with operating gas circulation or with a circulating working medium or, for a shorter time, only as a hydrogen motor.
Bei derartigen Wasserstoffmotoren mit Betriebsgaszirkulation entsteht Wasser bei der Verbrennung von Wasserstoff. Dieses Wasser wird in einem im Zirkulationsweg vorgesehenen Kondensator kondensiert und vom Arbeitsgas Argon getrennt. Infolgedessen wird nur das Arbeitsgas über den Zirkulationsweg in den Brennraum des Wasserstoffmotors zurückgeführt.In such hydrogen engines with operating gas circulation, water is produced when hydrogen is burned. This water is condensed in a condenser provided in the circulation path and separated from the argon working gas. As a result, only the working gas is returned to the combustion chamber of the hydrogen engine via the circulation path.
Aus der
Schmieröl, welches zum Betrieb des Motors verwendet wird, gelangt in die Brennkammer und führt unvermeidlich zu einer Bildung von Kohlendioxid in der Brennkammer, welches somit in den Zirkulationsweg des Motors gelangt und die Betriebsweise des Motors negativ beeinflusst. Somit besteht die zu lösende Aufgabe darin, derartige Verunreinigungen zu beseitigen.Lubricating oil, which is used to operate the engine, gets into the combustion chamber and inevitably leads to the formation of carbon dioxide in the combustion chamber, which thus gets into the circulation path of the engine and has a negative effect on the operation of the engine. Thus, the problem to be solved is to remove such contaminants.
Zur Lösung ist es angegeben, dass der Wasserstoffmotor ein Produktentfernungsmittel umfasst, welches in dem Umwälzkanal angeordnet ist und welches derartige, ungewollte Verunreinigungen beseitigt. Insbesondere wird in der Brennkammer entstehendes Kohlendioxid entfernt.As a solution, it is indicated that the hydrogen engine comprises a product removal means which is arranged in the circulation duct and which removes such unwanted impurities. In particular, any carbon dioxide produced in the combustion chamber is removed.
In Stromerzeugungsanlagen muss zur Herstellung einer Synchronität zwischen dem Stromversorgungsnetz und dem durch eine Antriebseinheit angetriebenen Generator eine netzfrequenz- und generatorpolanzahlabhängige Drehzahl beziehungsweise Soll-Drehzahl eingestellt werden. Für die korrekte Einstellung der Drehzahl einer Antriebseinheit, wie beispielsweise eines Wasserstoffmotors sowie einer korrekten Phasenlage ist eine exakte Drehzahlregelung des Wasserstoffmotors erforderlich.In power generation systems, a speed or target speed dependent on the network frequency and the number of generator poles must be set in order to establish synchronization between the power supply network and the generator driven by a drive unit. For the correct setting of the speed of a drive unit, such as a hydrogen motor, as well as a correct phase position, an exact speed control of the hydrogen motor is required.
Aus der
Der bisherige Stand der Technik ermöglicht somit keinen ordnungsgemäßen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit Betriebsgaszirkulation wie einem Wasserstoffmotor als Antriebseinheit in einer Stromerzeugungsanlage mit einem Synchrongenerator, bei welchem eine netzfrequenz- und generatorpolanzahlabhängige Regelung der Drehzahl erfolgen muss.The prior art thus far does not allow proper operation of an internal combustion engine with operating gas circulation such as a hydrogen engine as a drive unit in a power generation system with a synchronous generator, in which the speed must be regulated depending on the network frequency and number of generator poles.
Auf der Grundlage dieses Standes der Technik besteht ein Bedarf nach einer Drehzahlregelung für einen Wasserstoffmotor als Antriebseinheit in einer Stromerzeugungsanlage.On the basis of this prior art, there is a need for a speed control for a hydrogen engine as a drive unit in a power generation plant.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Stromerzeugungsanlage und ein Verfahren zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit in einer Stromerzeugungsanlage anzugeben, wobei eine netzfrequenzabhängige Regelung der Drehzahl eines mit der Antriebseinheit gekoppelten Generators auf eine vorgegebene Soll-Drehzahl erreicht wird.The object of the invention now consists in specifying a power generation plant and a method for regulating the speed of a drive unit in a power generating plant, with a network frequency-dependent regulation of the speed of a generator coupled to the drive unit to a predetermined target speed.
Die Aufgabe wird durch eine Stromerzeugungsanlage mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Eine Weiterbildung ist in einem abhängigen Patentanspruch angegeben.The object is achieved by a power generation plant with the features according to
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Drehzahlregelung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 3 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is also achieved by a method for speed control with the features according to
Vorgesehen ist es, dass zur Erzeugung des elektrischen Stroms durch einen sich drehenden elektrischen Generator beziehungsweise Synchrongenerator in einer Stromerzeugungsanlage statt eines gewöhnlichen Verbrennungsmotors ein abgasemissionsfreier Hocheffizienzmotor, also ein Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation, eingesetzt wird.It is envisaged that to generate the electrical current by a rotating electrical generator or synchronous generator in a power generation system, instead of a conventional internal combustion engine, a high-efficiency engine free of exhaust emissions, i.e. a hydrogen engine with operating gas circulation, is used.
Zur Übertragung einer vom Wasserstoffmotor erzeugten Drehbewegung auf den Generator sind beide Einheiten mittels einer Verbindungswelle gekoppelt. In order to transfer a rotary movement generated by the hydrogen engine to the generator, both units are coupled by means of a connecting shaft.
Bei einer derartigen Kopplung ist die Drehzahl einer Kurbelwelle des Wasserstoffmotors gleich der Drehzahl des anzutreibenden Generators. Alternativen mit einer Drehzahlveränderung beziehungsweise Drehzahlanpassung durch ein Getriebe sind möglich, werden hier aber nicht weiter ausgeführt.With such a coupling, the speed of a crankshaft of the hydrogen engine is equal to the speed of the generator to be driven. Alternatives with a speed change or speed adjustment by means of a gearbox are possible, but will not be discussed further here.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit wie einem Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation in einer Stromerzeugungsanlage löst das Problem einer Drehzahlregelung dadurch, dass die in den Brennraum des Wasserstoffmotors mit Betriebsgaszirkulation eingeführte beziehungsweise eingeblasene Menge an Sauerstoff und/oder Wasserstoff anhand einer vorgegebenen Soll-Drehzahl bestimmt und geregelt wird.The method according to the invention for regulating the speed of a drive unit such as a hydrogen engine with operating gas circulation in a power generation system solves the problem of speed control in that the amount of oxygen and / or hydrogen introduced or blown into the combustion chamber of the hydrogen engine with operating gas circulation is determined and regulated on the basis of a specified target speed will.
Diese Soll-Drehzahl wird in Abhängigkeit der benötigten Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes bestimmt, also in Abhängigkeit der vom Synchrongenerator der Stromerzeugungsanlage bereitzustellenden Frequenz der zu erzeugenden Spannung, um eine Synchronität der Frequenz der erzeugten Spannung mit der Netzfrequenz des Stromversorgungsnetzes zu erreichen. Diese Netzfrequenz liegt in Europa, Asien, Australien und in weiteren Gebieten beispielsweise bei 50 Hz. Je nach Bauweise des Synchrongenerators der Stromerzeugungsanlage kann die Anzahl der Paare von magnetischen Polen innerhalb einer rotierenden elektrischen Maschine wie einem Synchrongenerator variieren. Auf der Grundlage des Wissens über die Bauweise des Synchrongenerators und der einzustellenden Netzfrequenz kann ein Fachmann die für den Synchrongenerator benötigte Drehzahl beziehungsweise Soll-Drehzahl bestimmen.This target speed is determined depending on the required network frequency of the power supply network, i.e. depending on the frequency of the voltage to be generated to be provided by the synchronous generator of the power generation system, in order to achieve synchronism of the frequency of the voltage generated with the network frequency of the power supply network. This network frequency is in Europe, Asia, Australia and in other areas, for example 50 Hz. Depending on the design of the synchronous generator of the power generation system, the number of pairs of magnetic poles within a rotating electrical machine such as a synchronous generator can vary. On the basis of knowledge about the construction of the synchronous generator and the line frequency to be set, a person skilled in the art can determine the speed or the set speed required for the synchronous generator.
Diese Bestimmung ist nicht Teil der hier vorgestellten Stromerzeugungsanlage oder des Verfahrens zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit in einer Stromerzeugungsanlage und wird daher nicht weiter ausgeführt. Unter der Annahme, dass eine zur Übertragung des Drehmoments an den Synchrongenerator geeignete Welle des Wasserstoffmotors ohne ein Getriebe, also beispielsweise über eine Verbindungswelle direkt mit der Welle des Synchrongenerators, verbunden ist, so sind die Drehzahlen der Wellen gleich. Die Drehzahlregelung kann somit auf die ein Drehmoment vom kann somit auf die ein Drehmoment vom Wasserstoffmotor abgebende Welle, wie beispielsweise eine Kurbelwelle, erfolgen.This provision is not part of the power generation plant presented here or the method for regulating the speed of a drive unit in a power generation plant and is therefore not continued. Assuming that a shaft of the hydrogen engine suitable for transmitting the torque to the synchronous generator is connected without a gearbox, for example directly to the shaft of the synchronous generator via a connecting shaft, the speeds of the shafts are the same. The speed control can thus be carried out on the shaft, such as, for example, a crankshaft, which delivers a torque from the hydrogen engine.
Vorgesehen ist es, dass ein Vergleich einer messtechnisch ermittelten Ist-Drehzahl des Generators oder der Kurbelwelle mit der vorgegebenen Soll-Drehzahl erfolgt, wobei für den Fall, dass die Ist-Drehzahl und die Soll-Drehzahl übereinstimmen, keine Veränderung des dem Wasserstoffmotor zugeführten Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemischs erfolgt.Provision is made for a measurement-based actual speed of the generator or the crankshaft to be compared with the specified target speed, with no change in the operating gas supplied to the hydrogen engine in the event that the actual speed and the target speed match Oxygen-hydrogen mixture takes place.
Für den Fall, dass die Ist-Drehzahl kleiner als die Soll-Drehzahl ist, wird die zugeführte Menge an Sauerstoff und/oder an Wasserstoff im Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemisch erhöht. Für den Fall, dass die Ist-Drehzahl größer als die Soll-Drehzahl ist, wird die zugeführte Menge an Sauerstoff und/oder an Wasserstoff im Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemisch verringert. Somit wird die Drehzahl der Kurbelwelle des Wasserstoffmotors solange verändert, bis die Kurbelwelle die Soll-Drehzahl aufweist, wobei die Kurbelwelle ihre Drehbewegung beispielsweise über eine Verbindungswelle auf eine Welle des Generators überträgt und diesen mit der gleichen Drehzahl antreibt.In the event that the actual speed is less than the target speed, the amount of oxygen and / or hydrogen supplied in the operating gas-oxygen-hydrogen mixture is increased. In the event that the actual speed is greater than the target speed, the amount of oxygen and / or hydrogen supplied in the operating gas-oxygen-hydrogen mixture is reduced. Thus, the speed of the crankshaft of the hydrogen engine is changed until the crankshaft has the target speed, the crankshaft transmitting its rotary motion, for example via a connecting shaft, to a shaft of the generator and driving it at the same speed.
Vorgesehen ist es auch, dass ein Toleranzbereich für die zu erreichende Soll-Drehzahl mit einer unteren Drehzahlgrenze Nu und einer obere Drehzahlgrenze No gebildet wird. Die Bildung eines derartigen Toleranzbereichs gestattet ein Zulassen von geringen Abweichungen von der vorgegebenen Soll-Drehzahl ohne einen Regeleingriff, also ohne eine Veränderung der Dosierung der Mengen an Sauerstoff und/oder an Wasserstoff im Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemisch.It is also provided that a tolerance range for the target speed to be achieved is formed with a lower speed limit N u and an upper speed limit N o . The formation of such a tolerance range allows slight deviations from the specified target speed without a control intervention, that is, without changing the dosage of the amounts of oxygen and / or hydrogen in the operating gas-oxygen-hydrogen mixture.
Ebenfalls vorgesehen ist es, dass nur für den Fall, dass die Ist-Drehzahl außerhalb des gebildeten Toleranzbereichs liegt, eine Veränderung der zugeführten Menge an Sauerstoff und/oder an Wasserstoff im Betriebsgas-Sauerstoff-Wasserstoffgemisch erfolgt. Liegt die Ist-Drehzahl innerhalb des gebildeten Toleranzbereichs, so arbeitet der Wasserstoffmotor mit einer Drehzahl, welche ausreichend ist, um die Norm einer geforderten Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hz zu erfüllen und ein Eingriff in den laufenden Betrieb des Wasserstoffmotors ist nicht notwendig.It is also provided that the amount of oxygen and / or hydrogen supplied in the operating gas-oxygen-hydrogen mixture is changed only in the event that the actual speed is outside the tolerance range formed. If the actual speed is within the tolerance range established, the hydrogen engine operates at a speed which is sufficient to meet the standard of a required network frequency of 50 Hz, for example, and there is no need to intervene in the ongoing operation of the hydrogen engine.
Es ist vorgesehen, den Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl kontinuierlich durchzuführen, um eine kontinuierliche Arbeitsweise der Stromversorgungsanlage mit der geforderten Netzfrequenz zu erreichen.Provision is made for the comparison of the actual speed with the target speed to be carried out continuously in order to achieve continuous operation of the power supply system with the required network frequency.
Hierbei kann der Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl zu festgelegten Zeitpunkten erfolgen oder innerhalb festgelegter Zeiteinheiten wiederholt werden.Here, the comparison of the actual speed with the target speed can take place at defined times or be repeated within defined time units.
Weiterhin vorgesehen ist es, dass der Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Soll-Drehzahl nur für den Fall erfolgt, dass der Wasserstoffmotor in einer Betriebsphase ist. Für den Fall, dass der Wasserstoffmotor in einer Ruhephase ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehzahlregelung unterbrochen.It is also provided that the comparison of the actual speed with the target speed only takes place in the event that the hydrogen engine is in an operating phase. In the event that the hydrogen engine is in a resting phase, the method according to the invention for speed control is interrupted.
Ebenso wird das erfindungsgemäße Verfahren unterbrochen, für den Fall, dass der Wasserstoffmotor abgeschaltet werden soll.The method according to the invention is also interrupted in the event that the hydrogen engine is to be switched off.
Vorgesehen ist es, dass durch die Drehzahlregelung eine Soll-Drehzahl von beispielsweise 1500 1/min eingeregelt wird und dass somit eine Netzfrequenz von 50 Hz beim Einsatz eines entsprechend ausgelegten Generators erreicht wird. Mit dieser Netzfrequenz wird die vom Generator der Stromversorgungsanlage erzeugte Energie in das Stromversorgungsnetz eingespeist. In einer Alternative kann die vom Generator der Stromversorgungsanlage erzeugte Energie angeschlossenen elektrischen Verbrauchern direkt zur Verfügung gestellt werden.Provision is made for the speed control to regulate a setpoint speed of, for example, 1500 1 / min, so that a network frequency of 50 Hz is achieved when using a correspondingly designed generator. With this network frequency, the energy generated by the generator of the power supply system is fed into the power supply network. In an alternative, the energy generated by the generator of the power supply system can be made available directly to connected electrical consumers.
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
-
1 : eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Stromerzeugungsanlage und -
2 : eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Drehzahlregelung.
-
1 : a schematic diagram of the power generation plant according to the invention and -
2 : a schematic representation of the method according to the invention for speed control.
Die
Der Wasserstoffmotor
Durch den Wasserstoffmotor
Kurz nachdem der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat, bewegt sich der Kolben wieder in Richtung des oberen Totpunkts, wobei das Betriebsgas-Sauerstoffgemisch durch diese Bewegung des Kolbens im Brennraum
Vorgesehen ist es, dass zeitgleich zum Vorgang der Verdichtung Wasserstoff mit einem entsprechend hohem Druck in den Brennraum
Die Kurbelwelle des Wasserstoffmotors
Nachdem der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat, wird der Kolben durch die Massenträgheit der rotierenden Teile des Wasserstoffmotors
Der durch die Verbrennung entstandene Wasserdampf und das erwärmte Betriebsgas zirkulieren anschließend über den Betriebsgaszirkulationsweg
Auch wenn sich die vorliegende Beschreibung beispielhaft auf einen Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation nach dem Viertakt-Otto-Verfahren bezieht, kann an dessen Stelle beispielsweise auch ein Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation nach dem Zweitakt-Otto-Verfahren zum Einsatz kommen, dessen Drehzahl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Drehzahlregelung einer Antriebseinheit in einer Stromversorgungsanlage geregelt wird. Weitere Alternativen sind ein Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation nach dem Viertakt-Diesel-Verfahren, ein Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation nach dem Zweitakt-Diesel-Verfahren oder ein Wasserstoffmotor mit Betriebsgaszirkulation in einer Ausführung als Rotationskolbenmotor beziehungsweise Wankelmotor.Even if the present description refers by way of example to a hydrogen engine with operating gas circulation according to the four-stroke Otto process, a hydrogen engine with operating gas circulation according to the two-stroke Otto process can also be used instead, the speed of which can be used with the inventive method for speed control a drive unit in a power supply system. Further alternatives are a hydrogen engine with operating gas circulation based on the four-stroke diesel method, a hydrogen engine with operating gas circulation based on the two-stroke diesel method, or a hydrogen engine with operating gas circulation in a version as a rotary piston engine or Wankel engine.
Bei der Zirkulation des Betriebsgases innerhalb des Betriebsgaszirkulationswegs
Im Falle einer Undichtigkeit oder bei einer neuen Befüllung des Betriebsgaszirkulationsweges
Der elektrische Generator
Damit der Wasserstoffmotor
Hierfür ist es vorgesehen, dass entweder die Menge des dem jeweiligen Brennraum
In einem derartigen Regelkreis ist die vorgegebene Soll-Drehzahl von beispielsweise 1500 1/min eine Führungsgröße und die Ist-Drehzahl der Kurbelwelle des Wasserstoffmotors
Für den Fall, dass die Regelabweichung Null ist, stimmen Soll-Drehzahl und Ist-Drehzahl genau überein und die bisher dosierte Menge an Wasserstoff und/oder an Sauerstoff wird beibehalten. Für den Fall, dass die Regelabweichung positiv ist, ist die Soll-Drehzahl größer als die Ist-Drehzahl. Somit muss die bisher dosierte Menge an Wasserstoff und/oder an Sauerstoff erhöht werden. Für den Fall, dass die Regelabweichung negativ ist, ist die Soll-Drehzahl kleiner als die Ist-Drehzahl. In diesem Fall muss die bisher dosierte Menge an Wasserstoff und/oder an Sauerstoff verringert werden.In the event that the control deviation is zero, the setpoint speed and the actual speed match exactly and the amount of hydrogen and / or oxygen that has been dosed up to now is retained. In the event that the control deviation is positive, the target speed is greater than the actual speed. The amount of hydrogen and / or oxygen that has been dosed up to now must therefore be increased. In the event that the control deviation is negative, the target speed is lower than the actual speed. In this case, the previously metered amount of hydrogen and / or oxygen must be reduced.
Basierend auf diesem Konzept wird die zu dosierende Menge an Wasserstoff und/oder an Sauerstoff bestimmt. Die benötigte Menge an Wasserstoff wird aus der Wasserstoffversorgungseinrichtung
Werden somit die benötigten Mengen an Wasserstoff im Brennraum
Die vom Generator
Wie üblich, erfolgt ein Zusammenschalten von synchronen Wechselspannungsquellen wie dem elektrischen Generator
Die
Im Schritt
In einem nachfolgenden Schritt
Befindet sich der Wasserstoffmotor
Befindet sich der Wasserstoffmotor
Für den Fall, dass eine aktuelle Betriebsphase des Wasserstoffmotors
Für den Fall, dass die aktuelle Betriebsphase des Wasserstoffmotors
Im Schritt
Wird bei der Drehzahlprüfung im Schritt
Wird bei der Drehzahlprüfung im Schritt
Ist die Ist-Drehzahl Nist über der oberen Grenze No, wird das Verfahren im Schritt
Ist die Ist-Drehzahl Nist unter der unteren Grenze Nu, wird das Verfahren im Schritt
Alternativ wird nur die Zufuhr von Wasserstoff oder nur die Zufuhr von Sauerstoff verfahrensgemäß verringert oder erhöht. Die entsprechende zugehörige Dosierung des jeweiligen andere Stoffs kann mittels eines vom erfindungsgemäßen Verfahren unabhängigen Verfahren erfolgen. Dieses vom erfindungsgemäßen Verfahren unabhängigen Verfahren dosiert den jeweiligen anderen Stoff in Abhängigkeit eines für eine ordnungsgemäße Verbrennung im Brennraum
Die Verringerung im Schritt
In einer Alternative kann im Schritt
Die Messung der Ist-Drehzahl Nist erfolgt mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Verfahrens zur Drehzahlmessung, welches beispielsweise auch als ein berührungslos arbeitendes Verfahren zur Drehzahlmessung ausgeführt sein kann.The actual speed N act is measured by means of a conventional method for speed measurement known from the prior art, which, for example, can also be implemented as a contactless method for speed measurement.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- StromversorgungsanlagePower supply system
- 22
- WasserstoffmotorHydrogen engine
- 33
- Generatorgenerator
- 44th
- elektrische Leitungelectrical line
- 55
- StromversorgungsnetzPower grid
- 66th
- VerbindungswelleConnecting shaft
- 77th
- DrehmomentTorque
- 88th
- BetriebsgaszuführungseinrichtungOperating gas supply device
- 99
- BrennraumCombustion chamber
- 1010
- WasserstoffzuführungseinrichtungHydrogen supply device
- 1111
- Zündkerze / GlühkerzeSpark plug / glow plug
- 1212th
- AuslassvorrichtungOutlet device
- 1313th
- Betriebsgaszirkulationsweg für das umlaufende ArbeitsmediumOperating gas circulation path for the circulating working medium
- 1414th
- BetriebsgaskühlerOperating gas cooler
- 1515th
- KondensatleitungCondensate line
- 1616
- Kondensat-AuffangbehälterCondensate collecting tank
- 1717th
- BetriebsgasversorgungseinrichtungOperating gas supply device
- 1818th
- BetriebsgaszuführungsleitungOperating gas supply line
- 1919th
- erstes Ventilfirst valve
- 2020th
- WasserstoffversorgungseinrichtungHydrogen supply device
- 2121
- WasserstoffzuführungsleitungHydrogen supply line
- 2222nd
- SauerstoffversorgungseinrichtungOxygen supply device
- 2323
- SauerstoffzuführungsleitungOxygen supply line
- 2424
- zweites Ventilsecond valve
- 2525th
- Startbegin
- 2626th
- ZustandsprüfungHealth check
- 2727
- Prüfung EndsequenzExamination of the end sequence
- 2828
- DrehzahlvergleichSpeed comparison
- 2929
- AbweichungsprüfungDeviation check
- 3030th
- Verringerung der DosierungDecrease in dosage
- 3131
- Erhöhung der DosierungIncreasing the dosage
- 3232
- Endeend
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2007/100115 [0010]WO 2007/100115 [0010]
- EP 1929144 [0014]EP 1929144 [0014]
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Legal Events
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---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
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