DE1051572B - Process for the transfer of excess energy from nuclear power plants with gas turbines to the daytime - Google Patents

Process for the transfer of excess energy from nuclear power plants with gas turbines to the daytime

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DE1051572B DEM34877A DEM0034877A DE1051572B DE 1051572 B DE1051572 B DE 1051572B DE M34877 A DEM34877 A DE M34877A DE M0034877 A DEM0034877 A DE M0034877A DE 1051572 B DE1051572 B DE 1051572B
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Description

DEUTSCHESGERMAN

In der Hauptpatentanmeldung ist ein Verfahren beschrieben, um bei einer mit einem Kernenergie-Reaktor als Wärmequelle betriebenen geschlossenen Gasturbinenanlage mit Hilfe der thermodynamischen Speicherung mit Wasserdampf als Treibmittel überschüssige Nachtenergie in Tagesenergie zu verwandeln; hierbei wird die nach dem Carnot-Prinzip anfallende Abwärme der Gasturbine, die — verglichen mit einem Danipfprozeß — bei hoher Temperatur anfällt, mit ausgenutzt; sie ergibt einen hohen Wirkungsgrad der Umwandlung, der über 1 liegen kann. Hierzu sei zunächst noch bemerkt, daß, da die im Kühlwasser enthaltene Abwärme zur Krafterzeugung dienen soll, man ein Interesse an einer hohen Kühlwasserendtemperatur hat. Man wird daher die in der Abbildung dargestellten Kühler beim Kompressor 5 und 5' größer als üblich bemessen, um sich — mit weniger Kühlwasser — statt der üblichen 70 bis 75° C der Temperatur von 100° C zu nähern, ohne den Wirkungsgrad der Gasturbine zu verschlechtern: das wirtschaftliche Optimum der Gesamtanlage ist jeweils zu suchen.In the main patent application a method is described in order to use a nuclear power reactor as a heat source operated closed gas turbine system with the help of the thermodynamic Storage with water vapor as a propellant to convert excess night energy into daily energy; here the waste heat from the gas turbine, which occurs according to the Carnot principle, is compared with a Danipfprocess - accrues at high temperature, with exploited; it gives a high degree of efficiency the conversion, which can be greater than 1. First of all, it should be noted that, since the im Waste heat contained in cooling water is to be used to generate power, one is interested in a high cooling water end temperature Has. The cooler shown in the figure for the compressor 5 and 5 'will therefore be larger than usual in order to - with less cooling water - instead of the usual 70 to 75 ° C, approaching the temperature of 100 ° C without to worsen the efficiency of the gas turbine: the economic optimum of the overall system is to look for each.

Es liegt nun in der Natur des Verfahrens, daß man nur einen Teil der Abwärme aus dem Unterspeicher zum »Hinaufpumpen« auf ein höheres Niveau entnehmen wird, weil auch bei mehrstufigein Ansaugen aus dem Speicher (über Entspannungsgefäße) der Kompressor wegen zu großen Ansaugvolumens und Kompressionsverhältnisses — bei immer kleiner werdendem Unterschied zwischen Kompressions- und Expansionsgefälle — unwirtschaftlich werden kann. Kühlt man aus solchen Erwägungen heraus z. B. bei der Ladeperiode den Speicher nur von 100 auf 80° C, und hat man das Kühlwasser am Luftkompressor von 15 auf 100° C aufgewärmt, so hat man nur 2%äStel der Abwärme nutzbar gemacht. Man kann aber die Restwärme noch zum Teil ausnutzen, ohne den Kompressor und den Oberspeicher zu verteuern, und zwar unter einfacher Vergrößerung der Dampfturbine, die noch zusätzliche Einlasse im Tiefdruckgebiet erhält: man kühlt so über Entspannungsgefäße, die zu diesen Turbineneinlässen führen, den Unterspeicher (nach obigem Beispiel etwa von 80 auf 65° C) weiter ab. Auch diesen Vorgang wird man entsprechend dem Grundgedanken auf die Zeit hoher Tagesbelastungen konzentrieren; da die Speicherkosten hierfür sehr gering sind, kommen nicht nur Spitzenzeiten in Frage.It is in the nature of the process that only part of the waste heat is removed from the lower storage tank for "pumping up" to a higher level, because even with multi-stage suction from the storage tank (via expansion vessels) the compressor is too large due to the suction volume and compression ratio - as the difference between the compression and expansion gradient becomes smaller and smaller, it can become uneconomical. If one cools for such considerations out z. For example, during the charging period, the memory only went from 100 to 80 ° C, and if the cooling water was warmed up at the air compressor from 15 to 100 ° C, then only 2 % of the waste heat was made usable. However, the residual heat can still be used in part without making the compressor and the upper storage more expensive, namely by simply enlarging the steam turbine, which has additional inlets in the low-pressure area: the lower storage is cooled in this way via expansion vessels that lead to these turbine inlets ( according to the above example from about 80 to 65 ° C) further. According to the basic idea, this process will also be concentrated on the time of high daily stress; Since the storage costs are very low for this, not only peak times come into question.

Hat man sehr viel Überschußenergie, und zwar nur für ganz kurze Zeiten, für die sich eine Vergrößerung von Kompressor (und Oberspeicher) nicht lohnt, so kann man einen gewissen Effekt im hier angestrebten Sinne dadurch erreichen, daß man bei der Gasturbine die Temperatur des Kühlwassers während der Über-Verfahren zum übertragenThere is a lot of excess energy, and only for a very short time, for which there is an increase of compressor (and upper storage) is not worthwhile, so you can have a certain effect in the here sought Achieve meaning by keeping the temperature of the cooling water in the gas turbine during the over-process to transfer

von Nachtübersctmßenergieof overnight overseas energy

von Kernenergie -Anlagenof nuclear power plants

mit Gasturbinen auf den Tagwith gas turbines on the day

Zusatz zur Patentanmeldung M34000 Ia/14h
(Auslegeschrift 1 044 113)Addition to patent application M34000 Ia / 14h
(Interpretation document 1 044 113)

Anmelder:Applicant:

Dr.-Ing. e. h. Dr. Fritz Marguerre,
Baden-Baden, Bernhardstr. 44Dr.-Ing. eh Dr. Fritz Marguerre,
Baden-Baden, Bernhardstr. 44

Dr.-Ing. e. h. Dr. Fritz Marguerre, Baden-Baden,Dr.-Ing. e. H. Dr. Fritz Marguerre, Baden-Baden,

und Dr. Ferdinand Marguerre, Heidelberg,and Dr. Ferdinand Marguerre, Heidelberg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

schußzeit weiter ansteigen läßt (z. B. auf 120° C), wodurch der Gesamtprozeß sich verschlechtert sowie die Überschußenergie abnimmt, aber nunmehr — in einem Sonderspeicher gesammeltes — Wasser von 120'° C zur Verwendung zur Tagesspitzenzeit, wie eben beschrieben, zur Verfügung steht. Der Wirkungsgrad dieser »Umwandlung« ist allerdings schlecht, weil man den ganzen Prozeß der Gasturbine verschlechtert. Trotzdem kann bei den geringen Brennstoffkosten von Atomanlagen ein solches Verfahren für kurze Dauer wirtschaftlich sinnvoll sein, insbesondere in Kombination mit der Hauptidee: denn es bleibt zu beachten, daß hierbei zwar der BrennstofE-preis wegen des schlechten Wirkungsgrades hoch wird, der andere bei Spitzenstrom meist ausschlaggebende Kostenfaktor, die Anlagekosten, jedoch sehr niedrig werden, da nur eine Turbinenvergrößerung und die sehr niedrigen Kosten von drucklosen Speichern in Frage kommen.lets the shooting time increase further (e.g. to 120 ° C), whereby the overall process deteriorates and the excess energy decreases, but now - in - Water of 120 ° C collected in a special storage tank for use at peak times of the day, such as just described is available. The efficiency of this "conversion" is, however, poor, because it worsens the whole process of the gas turbine. Nevertheless, with the low fuel costs of nuclear facilities, such a process may be economically viable for a short period, in particular in combination with the main idea: because it remains to be noted that the fuel price becomes high because of the poor efficiency, the other usually decisive at peak current Cost factor, the investment costs, however, are very low, since only one turbine enlargement and the very low cost of pressureless accumulators.

Man hat es in der Hand, je nach den gewählten Temperaturgrenzen, sich der anfallenden Überschußenergie und den Tagesbedürfnissen anzupassen. Hat man mit wenig Überschußenergie zu rechnen, so wird man das Kompressorgefälle klein wählen, d. h., das aus dem Gasturbinenprozeß anfallende Kühlwasser nur wenig abkühlen und den Dampf entsprechend schwach komprimieren und viel von der Restwärme des Kühlwassers direkt am Tage, wie beschrieben,You have it in your hand, depending on the selected temperature limits, of the excess energy that arises and adapt to daily needs. If one has to reckon with little excess energy, then choose the compressor case small, d. that is, the cooling water resulting from the gas turbine process cool only a little and compress the steam accordingly slightly and a lot of the residual heat of the cooling water directly during the day, as described,

809 767/148809 767/148

ausnutzen und kommt dabei auf Wirkungsgrade von über 1.exploit and come to efficiencies of over 1.

Bei großer Überschußmenge wird man den Unter speicher mit mehrstufiger Ansaugung stärker abkühlen und den Dampf höher komprimieren, wodurch man mehr Tagesenergie gewinnt; hier kann aber die Verteuerung der Oberspeicher durch erhöhten Druck eine wirtschaftliche Grenze setzen. Der Umwandlungswirkungsgrad, der bei kleinem Gefälle über 100°/» liegt, wird mit zunehmendem Gefälle kleiner, bleibt aber immer sehr hoch, weil das Expansionsgefälle größer bleibt als dasjenige der Kompression. Ist mit sehr viel Überschußenergie zu rechnen, so daß es auf den Wirkungsgrad der Umwandlung von Nacht- in Tagesenergie weniger ankommt, so wird man die Abwärmetemperatur der Gasturbine unter Energieverlust erhöhen, wobei jede Kombination mit dem Wasserdampfkompressor möglich ist. Stets wird aber eine gewisse Menge Tagesenergie gewonnen.If there is a large excess, the sub-store will be used with multi-stage suction cool more strongly and compress the steam higher, whereby one gain more daily energy; here, however, the increase in the cost of the upper store due to increased pressure can cause a set economic limits. The conversion efficiency, which is over 100 ° / »with a small gradient, becomes smaller with increasing gradient, but always remains very high because the expansion gradient is greater remains as that of compression. A lot of excess energy is to be expected, so that it affects the efficiency the conversion of night to day energy is less important, the waste heat temperature becomes increase the gas turbine with loss of energy, any combination with the water vapor compressor is possible. However, a certain amount of daily energy is always gained.

Will man viel Übersohußenergie mit gutem Wirkungsgrad aufspeichern, so· kann man, wie erwähnt, bei Druckerhöhung der Oberspeicher, je nach der Form des Belastungsdiagramms, an eine wirtschaftliche Grenze stoßen. Man kann aber die Kapazität der Speicher in kWh erhöhen, indem man entweder überhitzungsspeicher — unter Verminderung oder Aufhebung der Kühlung des Wasserdampfkompressors — oder einen separaten Überhitzer einbaut. Diesen Überhitzer kann man mit fossilen. Brennstoffen betreiben: trotz des höheren Preises dieser Brennstoffe wird die mehr gewonnene Spitzenkilowattstunde sehr billig, da die zusätzlichen Anlagekosten, je kW viel niedriger als bei konventionellen Werken, und die Brennstoffkosten bei dem thermodynamischen Wirkungsgrad von rund 50 %> der reinen Überhitzung gering bleiben. Es ist natürlich auch zu prüfen, ob man diese Wärme nicht dem Kernreaktor entnehmen soll.If you want a lot of excess energy with good efficiency save, so you can, as mentioned, if the pressure in the upper store is increased, depending on the form of the load diagram, an economic one Push the limit. But you can increase the capacity of the storage in kWh either by using overheating storage - with reduction or cancellation of the cooling of the steam compressor - or build in a separate superheater. This superheater can be made with fossil fuels. Operate fuels: in spite of the higher price of these fuels, the more peak kilowatt-hour gained becomes very cheap because the additional installation costs, per kW much lower than with conventional plants, and the fuel costs with the thermodynamic efficiency of around 50%> the pure overheating remain low. Of course, it must also be checked whether this heat should not be extracted from the nuclear reactor.

Es erscheint zweckmäßig das beschriebene Verfahren an Hand eines Schemas zu erläutern.It seems appropriate to explain the described method using a scheme.

In der Zeichnung stellt der obere Teil die Gasturbinenanlage, der untere die Einrichtungen zum Umwandeln von Nacht- in Tagesenergie dar; es sind nur die wesentlichen Teile dargestellt. Vom Kernreaktor 1 kommen die heißen Gase, z. B. Stickstoff, und expandieren in der Turbine 2., werden im Wärmeaustauscher 3 abgekühlt unter Erwärmung der aus dem Kompressor 4' und 4" kommenden und zum Reaktor zurückkehrenden Gase. Die beiden Kühler 5' und 5" führen zur Verminderung der Kompressionsarbeit Wärme (Abwärme) über aus der Umgebung 6 kommenden Kühlwasser ab. 7 stellt den Generator dar. Diese Abwärme wird als warmes Wasser dem Unterspeicher 10 oben zugeführt. Während der Überschußzeit — Ladezeit der Oberspeicher — wird der Wasserinhalt über die — hier zweistufig dargestellten — Entspannungsgefäße 11' und 11" geleitet, aus denen der Kompressor 12 den angesaugten Dampf in den Oberspeicher 13 drückt (mit oder ohne Kühlung). Während der Entladezeit geht der Dampf aus dem Oberspeicher 13, gegebenenfalls durch den Überhitzer 14 (oder Überhitzungsspeicher, der dann selbstverständlich etwas anders zu schalten ist) in die Turbine 15, die den Generator 16 (Motor) antreibt. Die Leitungen 17 führen während der Entladezeit tiefliegenden Stufen der Turbine Dampf aus dem Unterspeicher 10 zu, soweit dies in Frage kommt. Während der Ladeperiode (Überschußzeit) wird das abgekühlte Wasser aus den Entspannungsgefäßen gegebenenfalls dem Speicher nach dem Verdrängungsprinzip unten wieder zugeführt, während der Entladeperiode läuft es ab, wie bei 18 angedeutet. Da während der Entladezeit auch Abwärme aus der Gasturbine anfällt, der Unterspeicher aber gegebenenfalls kälteres Wasser als das aus der Gasturbine kommende Kühlwasser enthält, wird, falls man die Mischung vermeiden will, der Unterspeicher sinngemäß unterteilt werden. Ähnliches gilt, falls man die Temperatur der Abwärme ίο während der Überschußzeit erhöht.In the drawing, the upper part represents the gas turbine plant, the lower part the devices for converting night-time into daytime energy; only the essential parts are shown. From the nuclear reactor 1 come the hot gases, for. B. nitrogen, and expand in the turbine 2., are cooled in the heat exchanger 3 while heating the gases coming from the compressor 4 'and 4 "and returning to the reactor. The two coolers 5' and 5" lead to a reduction in the compression work heat ( Waste heat) via cooling water coming from the environment 6. 7 shows the generator. This waste heat is fed as warm water to the lower storage tank 10 at the top. During the excess time - loading time of the upper storage tank - the water content is passed through the expansion vessels 11 'and 11 ", shown here in two stages, from which the compressor 12 presses the sucked-in steam into the upper storage tank 13 (with or without cooling) the steam from the upper store 13, possibly through the superheater 14 (or superheat store, which of course has to be switched somewhat differently) into the turbine 15, which drives the generator 16 (motor) Steam from the sub-storage 10 to, insofar as this comes into question. During the loading period (excess time), the cooled water from the expansion vessels is possibly fed back to the storage tank according to the displacement principle below, during the discharge period it runs off, as indicated at 18. Since during During the discharge time, there is also waste heat from the gas turbine, but the sub-storage unit, if applicable If it contains colder water than the cooling water coming from the gas turbine, the sub-storage unit will be divided accordingly if one wishes to avoid mixing. The same applies if the temperature of the waste heat ίο is increased during the excess time.

Claims (5)

Patentansprüche·.Claims ·. 1. Verfahren zum Übertragen von Nachtüberschuß energie von Kernenergie-Anlagen mit Gasturbinen auf den Tag mit Hilfe des thermodynamischen Speicherungsverfahrens, bei dem Abwärme einem Unterspeicher zugeführt wird, aus welchem mittels des von der Nachtüberschußenergie angetriebenen Dampfkompressors direkt oder indirekt Dampf abgesaugt und in Speicher höheren Druckes gefördert wird, um von dort zu Zeiten hohen Energiebedarfes in eine Dampfturbine zur vollständigen Entspannung geleitet zu werden, nach Patentanmeldung M 34000Ia/14h, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme, die über den Anteil hinausgeht, welcher durch Absaugen von Dampf aus dem Unterspeicher mittels des Dampfkompressors entnommen wird, weiter gespeichert wird oder bleibt, um während der Zeit des hohen1. Method for transmitting night excess energy from nuclear power plants with gas turbines on the day with the help of the thermodynamic storage process, in which waste heat a sub-storage is supplied, from which by means of the night excess energy driven steam compressor directly or indirectly sucked steam and stored higher Pressure is promoted to from there at times of high energy demand in a steam turbine complete relaxation to be conducted, according to patent application M 34000Ia / 14h, thereby characterized in that the waste heat that goes beyond the proportion that is obtained by suctioning off Steam is taken from the sub-storage tank by means of the steam compressor, is further stored will or will remain to during the time of high Energiebedarfes über ein- oder mehrstufige Entspannungsgefäße einer Niederdruckstufe der Dampfturbine zugeführt zu werden.Energy requirement via single or multi-stage expansion vessels of a low-pressure stage of the Steam turbine to be supplied. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Abwärme nicht dem Unterspeicher zugeführt, sondern für sich bei ihrer vollen Temperatur gespeichert wird und zur Zeit hohen Energiebedarfes über ein- oder mehrstufige Entspannungsgefäße gleichfalls einer der Niederdruckturbinenstufen zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that at least part of the waste heat is not fed to the sub-storage, but is stored for itself at its full temperature and also at the time high energy demand via single or multi-stage expansion vessels is fed to one of the low pressure turbine stages. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Dampf entnahme des Kompressors abgekühlte Speicherwasser am unteren Teil des gleichen Speichers nach dem Verdrängungsprinzip wieder zugeführt wird, wobei das aus der Gasturbinenanlage kommende, nicht abgekühlte Kühlwasser für sich gespeichert wird oder auch mit dem anderen gemischt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the removal of the steam by the Compressor cooled storage water at the lower part of the same storage tank according to the displacement principle is supplied again, the coming from the gas turbine system, not cooled Cooling water is stored for itself or is mixed with the other. 4. Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß bei besonders hohem Anfall an Nachtüberschußenergie die Kühlwasserendtemperatur der Gasturbinenanlage erhöht, dieses wärmere Wasser separat gespeichert und in der Dampfturbine ausgenutzt wird.4. The method according to the preceding claims, characterized in that at a particularly high Accumulation of night excess energy increases the cooling water end temperature of the gas turbine system, this warmer water is stored separately and used in the steam turbine. 5. Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Speicher bereitgestellte Energie durch Überhitzung des Speicherdampfes vergrößert wird, wobei die Überhitzung durch einen Überhitzungsspeicher oder durch dem Speicherprozeß fremde Wärme erfolgt.5. The method according to the preceding claims, characterized in that by the memory provided energy is increased by overheating the storage steam, whereby the Overheating due to an overheating storage device or heat generated by the storage process he follows. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 898101, 617 648, 386 880, 269 521;Considered publications:
German Patent Nos. 898101, 617 648, 386 880, 269 521; schweizerische Patentschriften Nr. 239 277,
114, 211358;Swiss patents No. 239 277,
114, 211358; belgische Patentschrift Nr. 494 708.Belgian patent specification No. 494 708. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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