DE202005003611U1 - Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen - Google Patents
Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen Download PDFInfo
- Publication number
- DE202005003611U1 DE202005003611U1 DE200520003611 DE202005003611U DE202005003611U1 DE 202005003611 U1 DE202005003611 U1 DE 202005003611U1 DE 200520003611 DE200520003611 DE 200520003611 DE 202005003611 U DE202005003611 U DE 202005003611U DE 202005003611 U1 DE202005003611 U1 DE 202005003611U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- compressed air
- air storage
- power plant
- thermal power
- storage device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 26
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000010742 number 1 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
- F02C1/007—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid combination of cycles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/04—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled condensation heat from one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
- F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Wärmekraftwerk
mit einer Druckluftspeichervorrichtung mit Wärmeübertragern (4, 5) zur thermischen
Kopplung von Wärmekraftwerk
und Druckluftspeichervorrichtung, wobei die Druckluftspeichervorrichtung
für die
Beladung eines Druckluftspeichers (6) mit Speicherluft einen von
einem Motor (1, 1.2) angetriebenen Kompressor (2) und für die arbeitsleistende
Entladung des Druckluftspeichers einen von einer Entspannungsturbine
(3) angetriebenen Generator (1, 1.1) aufweist und dass als Wärmeübertrager
nach dem Kompressor (2) ein Kühler
(4) vorgesehen ist der die Kompressionswärme der Speicherluft bei der
Beladung des Druckluftspeichers (6) auf eine Verbrennungsluft und/oder
ein Speisewasser des Wärmekraftwerks übertragbar
ausgebildet ist und dass als Wärmeübertrager
vor der Entspannungsturbine (3) bei der Entladung des Druckluftspeichers
(6) ein Erhitzer (5) für
die Erwärmung
der Speicherluft durch Abwärme
des Wärmekraftwerkes
vorgesehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung, wobei die Erzeugung von Elektroenergie und die Speicherung von Energie mit derartigen Anlagensystemen zur Erhöhung der Flexibilität und Auslastung der Energieerzeugung gekoppelt ist.
- Unter einem Wärmekraftwerk soll ein Kraftwerk mit dem Kreisprozessmedium Wasserdampf verstanden werden. In dieser Kategorie sind im weiteren Sinne Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke, Gas- und Dampfkraftwerke und Ölkraftwerke zusammenzufassen, wenn diese mit Hilfe von Wasser bzw. Wasserdampf die Turbinen der Generatoren betreiben.
- Das künftige System der Elektroenergieerzeugung und Stromwirtschaft wird neben dem forcierten Einsatz regenerativer Energien geprägt sein von der Rückbesinnung auf die einheimische Kohle und deren Einsatz in Wärmekraftwerken als Rohstoff zur Stromerzeugung.
- Aufgrund strategischer Abhängigkeiten und steigende Preise wird der Anteil von Gas und Öl im Primärenergiemix der Stromerzeugung rückläufig sein. Um generell das fluktuierende Dargebot regenerativer Energiequellen bzw. die Kohleverstromung in Grundlastkraftwerken den Bedarfsgängen anpassen zu können, werden künftig Energiespeichertechniken verstärkt zur Anwendung kommen müssen.
- Es ist seit Jahrzehnten grundsätzlich bekannt und vielfach ausgeführt, dass zum Zwecke der Energiespeicherung hydraulische Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt werden, bei denen in Schwachlastzeiten Wasser aus einem Tiefspeicher in einen Hochspeicher gepumpt wird, welches in Spitzenlastzeiten über eine Turbine zurückfließt.
- Die Voraussetzungen zum Bau von Pumpspeicherkraftwerken mit einem energetischen Wirkungsgrad von bis zu 85 % sind in Deutschland kaum noch gegeben, da die verfügbaren Standorte bereits besetzt sind. Damit müssen alternative Speichertechnologien zum Einsatz gelangen.
- Physikalisch gesehen wird beim Speichervorgang eines Pumpspeicherkraftwerkes eine Substanz mit höherer Dichte in einer Substanz mit niedrigerer Dichte – entgegen der Erdanziehung – nach oben transportiert. Es wird also die Schwerkraft genutzt.
- Es ist auch bekannt geworden, Druckluft in schwachen Lastzeiten zu speichern und damit unter Einsatz von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in Spitzenlastzeiten eine Gasturbine zu speisen, die wegen des Wegfalls der Verdichterleistung eine um den Faktor drei höhere Leistung an den Generator abgibt.
- Im Stand der Technik sind Druckluftspeicherkraftwerke beispielsweise nach der
DE 30 20 213 C2 bekannt. Dabei wird eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte von Substanzen, zum Beispiel für Luftspeicherkraftwerke oder für hydraulische Kraftwerke, unter Schutz gestellt. Es wird eine Speichertechnologie beschrieben, die auf der Basis eines Hohlraumes mit variablem Volumen und der Nutzung von Fluiden unterschiedlicher Dichte für die Energiespeicherung beruht. - Es ist weiterhin nach der
DE 34 11 444 A1 ein Gasturbinenkraftwerk mit Luftspeicherung und ein Verfahren zum Betrieb desselben bekannt. Die gespeicherte Druckluft wird dabei direkt dazu verwendet, die Turbine und den daran gekoppelten Generator zur Stromerzeugung anzutreiben. - Eine weitere alternative Möglichkeit besteht gemäß der
DE 692 16 405 T2 darin, die Druckluftenergiespeichervorrichtung mit einer Brennkammer, die mit einer Turbine verbunden ist, thermisch zu koppeln, wobei die Luft für die Brennkammer durch die Kompressionswärme der Verdichter erwärmt wird. - Alternativ zu den vorangehend geschilderten Verfahren sind Druckluftspeicherkraftwerke (DSK) bekannt, die in Analogie zu Pumpspeicherkraftwerken in Schwachlastzeiten Luft in Kavernen verpressen und in Hochlastzeiten die komprimierte Luft arbeitsleistend entspannen. Der energetischer Wirkungsgrad derartiger Druckluftspeicherkraftwerke liegt derzeit bei ca. 42 %.
- Insgesamt haftet den Verfahren und Anlagen der Nachteil an, dass eine Speicherung der Energie nicht ausreichend effizient vorgenommen werden kann und somit die Kosten sehr hoch sind und ein wirtschaftlicher Betrieb eines Druckluftspeicherkraftwerkes nur unter ausgewählten Randbedingungen möglich ist.
- Aufgabe der Erfindung ist, ein Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches effizient die Kopplung von Elektroenergieerzeugung und Energiespeicherung ermöglicht.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung mit Wärmeübertragern zur thermischen Kopplung von Wärmekraftwerk und Druckluftspeicherung gelöst, wobei die Druckluftspeichervorrichtung für die Beladung eines Druckluftspeichers mit Speicherluft einen von einem Motor angetriebenen Kompressor und für die arbeitsleistende Entladung des Druckluftspeichers einen von einer Entspannungsturbine angetriebenen Generator aufweist und dass als Wärmeübertrager nach dem Kompressor oder zwischen dessen Stufen bei der Beladung des Druckluftspeichers ein oder mehrere Kühler vorgesehen sind, die die Kompressionswärme bei Beladung des Druckluftspeichers auf eine Verbrennungsluft und/oder ein Speisewasser des Wärmekraftwerkes übertragbar ausgebildet ist. Weiterhin sind ein oder mehrere Wärmeübertrager vor der Entspannungsturbine bzw. zwischen deren Stufen bei der Entladung des Druckluftspeichers vorgesehen, wobei die Wärmeübertrager als Erhitzer für die Erwärmung der Speicherluft durch Abwärme des Wärmekraftwerkes ausgebildet sind.
- Vorteilhaft bei etwa gleichen Leistungen der Be- und Entladung des Speichers ist der den Kompressor antreibende Motor und der von der Entspannungsturbine angetriebene Generator als eine Baueinheit ausgeführt. Insbesondere von Vorteil ist, wenn als Kompressoren mehrstufige Kompressoren mit Zwischenkühlung eingesetzt werden. Die Anzahl der Kompressorstufen wird durch das von der Bauart des Verdichters bestimmte maximale Stufendruckverhältnis und dem zu erreichenden Enddruck bestimmt. Weiterhin führt die Ausbildung der Entspannungsturbinen als mehrstufige Entspannungsturbinen bevorzugt zum erfindungsgemäßen Erfolg der thermisch effizienten Kopplung von Wärmekraftwerk und Druckluftspeichervorrichtung.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Kompressor als fünfstufiger Kompressor mit einer fünfstufigen Entspannungsturbine in einer Anlage kombiniert.
- Demgemäß ist bei mehrstufiger Verdichtung als Kühler nach den Verdichtungsstufen jeweils ein Zwischenkühler und nach der letzten Verdichtungsstufe ein Nachkühler für die komprimierte Luft vorzusehen.
- Analog wird bei mehrstufiger Entspannung als Erhitzer vor den Entspannungsstufen jeweils ein Vorwärmer bzw. Zwischenerhitzer vorgesehen.
- Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Erhitzer des Entspannungsstranges der Druckluftspeichervorrichtung als Kondensator des Wärmekraftwerkes ausgeführt. Gemäß der Konzeption der Erfindung wird die ungenutzte Abwärme durch die Kopplung von Wärmekraftwerk und Druckluftspeichervorrichtung in der jeweils anderen Komponente nutzbringend eingesetzt. Diese Schaltungsvariante gestattet die Nutzung exergetisch geringwertiger Wärme zur Vor- und Zwischenerwärmung der zu entspannenden Luft.
- Wegen der thermodynamischen Zusammenhänge ist bei der Kompression der Luft die Abfuhr von Wärme zur Annäherung des Verdichtungsprozesses an den isothermen Verdichtungsprozess wünschenswert.
- Bei der Entspannung der komprimierten Luft muss aus demselben Grund Wärme dem Fluid zugeführt werden.
- Konzeptionsgemäß wird bei der vorgeschlagenen Anlage die Wärmeabfuhr von Abwärme aus dem Wärmekraftwerk sinnvoll und nutzbringend während der Expansion des Fluids zur Optimierung des Entspannungsprozesses zugeführt. Die sich aus dieser Synergie ergebenden Verbesserungen des energetischen Prozesswirkungsgrades für die Druckluftspeichervorrichtung betragen ca. 10 %. Der exergetische Nutzen liegt höher, da für die Vorwärmung der Luft kein hochwertiger Brennstoff genutzt werden muss. Die Anlagenkonzeption erlaubt es zudem, Abwärme beliebiger Herkunft (Biomasseverbrennung, industrielle Abwärme etc.) im Prozess einzusetzen.
- Eine Verbesserung des exergetischen Wirkungsgrades der bisher ausgeführten Druckluftspeicherkraftwerke ist durch Vorwärmung der zu entspannenden Luft mit Abwärme aus der Entspannungs-Gasturbine möglich. Der Prozess kann dann einen Wirkungsgrad von ca. 50 % und mehr erreichen.
- Andere Ansätze zur Speicherung der abgeführten Kompressionswärme über deren Wiederzufuhr bei der Expansion sind wegen der aufgrund der Zeit exponentiell ansteigenden Wärmeverluste und hohen Irreversibilitäten sowie der Investition in Wärmespeicher mit verhältnismäßig geringer spezifischer Speicherkapazität energetisch uneffektiv und teuer.
- Die Speicherung der Kompressionswärme setzt ein entsprechend hohes Temperaturniveau voraus, was wiederum negative Rückwirkungen auf den Energiebedarf des Verdichtungsprozesses hat.
- Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet die Wärmenutzung der Kompressionsabwärme auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau und die gleichzeitig den Energieaufwand zur Zuführung der Wärme vor bzw. während der Expansion minimierende Nutzung von Abwärme aus dem Wärmekraftwerk.
- Realisiert wird die Erfindung, indem der Standort einer Druckluftspeichervorrichtung mit dem Standort eines konventionellen Wärmekraftwerkes kombiniert wird. Zusätzlich günstige Nebeneffekte bestehen darin, dass die Infrastrukturkosten für das Stromnetz, die Zuwege, die Wartung und das Fachpersonal jeweils für die andere Anlagenkomponente nutzbar sind.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : Prinzipschaltbild einer Druckluftspeichervorrichtung, -
2 : Tabelle zur Ermittlung des energetischen Zykluswirkungsgrades von Druckluftspeicherkraftwerken bei variablen Randbedingungen und -
3 Prinzipschaltbild einer Druckluftspeichervorrichtung mit einer zweistraßigen Verdichtung. - In
1 ist eine erfindungsgemäße Druckluftspeichervorrichtung dargestellt, welche über Wärmeübertrager4 ,5 in Form von Kühlern4 und Erhitzern5 mit einem nicht dargestellten Wärmekraftwerk gekoppelt ist. - Die Druckluftspeichervorrichtung besteht dabei im Wesentlichen aus einer Motor/Generatoreinheit
1 , welcher einen Kompressor2 bzw. auch mehrere Kompressoren2 zur Verdichtung von Luft antreibt. Gemäß der Darstellung nach1 ist der Kompressor2 als dreistufiger Turbokompressor ausgebildet. Die Zwischenkühlung der Kompressorstufen erfolgt über Wärmeübertrager, welche in diesem Falle die Funktion von Kühlern4 haben und die Wärme aus dem Kompressionsprozess auskoppeln. Die Kühler4 sind gemäß der Ausgestaltung nach1 als Zwischenkühler4.1 und als Nachkühler4.2 gemäß ihrer Anordnung zwischen bzw. nach den Verdichtungsstufen ausgeführt. Damit wird die Zwischenkühlung zwischen den Verdichtungsstufen und die Nachkühlung nach der letzten Verdichtungsstufe realisiert. Die Wärme wird über die Kühler4.1 ,4.2 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft des Wärmekraftwerkes, in der Ausführung als Kohle- Öl- oder Gas- und Dampfkraftwerk, verwendet. - Je nach Bedarf und Ausgestaltung der Kopplung wird die Kompressionsabwärme im Beladungsmodus des Druckluftspeicherkraftwerkes auch für die Erwärmung des Speisewassers im herkömmlichen Kraftwerksprozess eingesetzt. Die beschriebene erfindungsgemäße Kopplung führt zur Einsparung von Brennstoff des Wärmekraftwerkes, wobei die wirtschaftlichen Effekte durch die thermische Kopplung mit dem Druckluftspeicherkraftwerk hervorgerufen werden und somit den Aufwand des Druckluftspeicherkraftwerkes mindernd zu berücksichtigen sind.
- Die im Verdichtungsprozess in der Nähe der Isotherme verdichtete Luft wird in einer Kaverne
6 als Druckluftspeicher eingelagert. Die Kompression der Luft erfolgt in Zeiten eines geringen Elektroenergiebedarfs, etwa in den Nachtzeiten oder zu Zeiten, bei denen Windkraftanlagen mehr Strom produzieren als das Netz aus technischen oder anderen Gründen in der Lage ist zu transportieren. Der beladene Druckluftspeicher6 wird in Hochlastzeiten oder in Zeiten, in denen das Angebot von regenerativer Energie gering ist, entladen. Die Luft wird dabei über den Erhitzer5 geleitet, bevor sie in den Entspannungsturbinenstufen expandiert wird. Analog zur Verdichtung werden bei mehrstufiger Entspannung Vorwärmer5.1 und Zwischenerhitzer5.2 eingesetzt. - Die Entspannungsturbine
3 entspannt die Luft arbeitsleistend und überträgt die frei werdende mechanische Energie an den Generator der Motor/Generatoreinheit1 , welcher die Elektroenergie bedarfsgerecht erzeugt oder bei Havarien und Ausfällen der Elektroenergieerzeugung durch das Wärmekraftwerk an das Netz abgibt. - Die Komponente Generator und Motor wird gemäß
1 als eine Baueinheit mit dem Bezugszeichen1 ausgeführt, wodurch sich Kosteneinsparungen im Vergleich zur Ausführung mit getrennten Komponenten ergeben. Diese Ausgestaltung ist sinnvoll, wenn die Beladeleistung etwa der Entladeleistung entspricht. - Eine alternative apparative Ausgestaltung ist in
3 dargestellt. Um starke Lastspitzen aus Windkraftanlagen, etwa hervorgerufen durch Sturmtiefs, abfangen zu können, ist die Beladevorrichtung des Speichers als Parallelschaltung mehrerer Kompressorlinien mehrstraßig ausgeführt. Die Parallelschaltung der Kompressoren2 gestattet eine Anpassung des Belade-Energiebedarfs an das Energie-Angebot das z.B. aus Windkraftanlagen stammen kann. Die Motoren1.2 und der Generator1.1 sind für den Betrieb bei stark verschiedenen Lastzuständen getrennt jeweils optimal auf den Einsatzfall ausgeführt. - Analog zur mehrstraßigen Ausgestaltung der Kompressorlinien ist die Ausgestaltung der Entspannungsturbinen auch mehrstraßig sinnvoll, um das Entladen des Druckluftspeichers optimal an den Gleitdruckbetrieb anzupassen. Unter dem Gleitdruckbetrieb soll die gleitende Abnahme des Druckes während der Entladung des Druckluftspeichers
6 verstanden werden. Durch die mehrstraßige parallele Anordnung von Turbinen kann trotz sinkenden Druckes im Speicher eine annähernd gleiche Leistungsabgabe der Turbinen erreicht werden, indem der Massestrom durch die Turbinen entsprechend dem absinkenden Speicherdruck durch Zuschalten derselben vervielfacht wird. - Zur Erwärmung der zu entspannenden Luft wird exergetisch minderwertige Abwärme, wie Abgase, Entnahmedampf oder Kondensatorwärme, eingesetzt. Besonders augenscheinlich wird der Vorteil der erfindungsgemäßen Kopplung dadurch, dass bislang in Druckluftspeicherkraftwerken Erdgas als hochwertige Primärenergiequelle zur Vorwärmung der zu entspannenden Luft eingesetzt wurde.
- Die Vorwärmung der zu entspannenden Luft auf dem hohen Temperaturniveau der Erdgasverbrennung ist technologisch auch nicht notwendig, was anhand der Daten in
2 nachweisbar ist. - Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Erhitzer
5 als Kondensatoren für das Wärmekraftwerk auszugestalten. Die Dimensionierung der Expansion erfolgt dabei dergestalt, dass die Austrittstemperatur der Luft aus den Expansionsstufen oberhalb des Gefrierpunktes liegt. Hierdurch kann der Kondensationsdruck des konventionellen Kraftwerkes verringert werden, was eine Strommehrproduktion und einen geringeren spezifischen Brennstoffbedarf des Wärmekraftwerkes zur Folge hat. Diese vorteilhafte Wirkung ist wiederum auf den Effekt der thermischen Kopplung von Druckluftspeicherkraftwerk mit dem Wärmekraftwerk zurückzuführen. - In
2 ist eine Tabelle mit Optimierungsszenarien dargestellt, welche auch theoretisch die Effizienzerhöhung der dargelegten erfindungsgemäßen Kombination von Wärmekraftwerk und Druckluftspeichervorrichtung belegt. Wie aus der Tabelle in2 hervorgeht, hat der Nachkühler einen großen Einfluss auf die Energiebilanz im Speicher. Wird er weggelassen, dann steigt die Temperatur im Speicher schnell an und das zur Verfügung stehende Speichervolumen wird schlecht ausgenutzt. Zudem droht dann die Gefahr, dass infolge der Wärmeverluste im Speicher (Temperatur als treibende Kraft) der mühsam aufgebaute Druck durch eine isochore Wärmeabfuhr, hervorgerufen durch die Wärmeverluste der Speicherkaverne, wieder sinkt. - Ein weiterer Effekt besteht darin, dass beim Einsatz von DSK zum Zwecke der Spitzendämpfung aus Windkraftanlagen der Kompressor viel größer sein muss als die Entspannungsturbine. Dem wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, dass mehrere Kompressorstraßen gleicher Bauart parallel geschaltet werden.
- Zusätzlich wird vorgesehen, dass während der Beladung des Druckluftspeichers
6 und Verdichtung der Luft eine so genannte Nasskompression mittels interner Kühlung eingesetzt wird. Hierzu wird ein Zerstäuberdüsenkranz eingesetzt, der vortemperiertes Wasser fein verteilt in den Ansaugkanal des Kompressors2 saugt. Das Wasserdampf-Luftgemisch wird in der Kaverne6 eingelagert. - Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass bei der Ausführung des Wärmekraftwerkes als Gas- und Dampfkraftwerk die Abgase, die den Prozess mit einer Temperatur von bis zu 120 °C verlassen, im Erhitzer
5 der Druckluftspeichervorrichtung abgekühlt werden. Dabei erwärmt sich die der Entspannungsturbine3 zugeführte Luft. Das im Abgas enthaltene Wasser wird in flüssiger Phase abgeschieden. -
- 1
- Motor/Generatoreinheit
- 1.1
- Generator
- 1.2
- Motor
- 2
- Kompressor
- 3
- Entspannungsturbine
- 4
- Kühler
- 4.1
- Zwischenkühler
- 4.2
- Nachkühler
- 5
- Erhitzer,
- 5.1
- Vorwärmer
- 5.2
- Zwischenerhitzer
- 6
- Kaverne, Druckluftspeicher
Claims (10)
- Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung mit Wärmeübertragern (
4 ,5 ) zur thermischen Kopplung von Wärmekraftwerk und Druckluftspeichervorrichtung, wobei die Druckluftspeichervorrichtung für die Beladung eines Druckluftspeichers (6 ) mit Speicherluft einen von einem Motor (1 ,1.2 ) angetriebenen Kompressor (2 ) und für die arbeitsleistende Entladung des Druckluftspeichers einen von einer Entspannungsturbine (3 ) angetriebenen Generator (1 ,1.1 ) aufweist und dass als Wärmeübertrager nach dem Kompressor (2 ) ein Kühler (4 ) vorgesehen ist der die Kompressionswärme der Speicherluft bei der Beladung des Druckluftspeichers (6 ) auf eine Verbrennungsluft und/oder ein Speisewasser des Wärmekraftwerks übertragbar ausgebildet ist und dass als Wärmeübertrager vor der Entspannungsturbine (3 ) bei der Entladung des Druckluftspeichers (6 ) ein Erhitzer (5 ) für die Erwärmung der Speicherluft durch Abwärme des Wärmekraftwerkes vorgesehen ist. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kompressor (
2 ) antreibende Motor (1 ) und der von der Entspannungsturbine (3 ) angetriebene Generator (1 ) in einer Baueinheit ausgeführt sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige Kompressoren (
2 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige Entspannungsturbinen (
3 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein fünfstufiger Kompressor (
2 ) und eine fünfstufige Entspannungsturbine (3 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrstufiger Verdichtung als Kühler (
4 ) nach den Verdichtungsstufen Zwischenkühler (4.1 ) und nach der letzten Verdichtungsstufe ein Nachkühler (4.2 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrstufiger Entspannung vor der ersten Entspannungsstufe als Erhitzer (
5 ) ein Vorwärmer (5.1 ) und zwischen den Entspannungsstufen Zwischenerhitzer (5.2 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzer (
5 ) der Entspannungsturbine (3 ) der Druckluftspeichervorrichtung als Kondensator des Wärmekraftwerkes ausgeführt ist. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstraßig parallel Kompressoren (
2 ) für die Beladung des Druckluftspeichers (6 ) vorgesehen sind. - Wärmekraftwerk mit einer Druckluftspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstraßig parallel Entspannungsturbinen (
3 ) für die Entladung des Druckluftspeichers (6 ) vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200520003611 DE202005003611U1 (de) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200520003611 DE202005003611U1 (de) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202005003611U1 true DE202005003611U1 (de) | 2005-05-19 |
Family
ID=34609861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200520003611 Expired - Lifetime DE202005003611U1 (de) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202005003611U1 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202006005175U1 (de) * | 2006-03-31 | 2007-02-15 | Geminus Gesellschaft für Management Innovationsförderung und Sonderprojekte e.G. | Druckluftspeicher in einem großvolumigen Containment |
DE102008050244A1 (de) | 2008-10-07 | 2010-04-15 | Tronsoft Gmbh | Verfahren und Anordnung zur dezentralen Energieversorgung (DZE) mit Block-Speicher-Kraft-Heiz-Kühl-Funktion (BSKHKWF) |
WO2012143272A1 (de) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Wärmeübertrageranordnung und verfahren zum erwärmen eines arbeitsgases |
CN102966387A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-03-13 | 北京修齐四方科技有限公司 | 一种贮存势能发电方法 |
DE102011118486A1 (de) * | 2011-11-12 | 2013-05-16 | Gerhard Luther | Druckluft-Speicherkraftwerk |
EP2634383A1 (de) * | 2012-03-01 | 2013-09-04 | Institut Für Luft- Und Kältetechnik Gemeinnützige GmbH | Verfahren und Anordnung zur Speicherung von Energie |
EP2708719A1 (de) * | 2012-09-18 | 2014-03-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Erweitertes Gaskraftwerk zur Stromspeicherung |
CN111305917A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-19 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种蒸汽补热空气储能调峰系统及方法 |
CN112855292A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | 液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法 |
WO2022000002A1 (de) | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Ulrich, Gregor Anton | Verfahren und system zum speichern und abgeben von elektrischer energie sowie verwendung hierfür |
US11591957B2 (en) | 2017-10-24 | 2023-02-28 | Tes Caes Technology Limited | Energy storage apparatus and method |
-
2005
- 2005-02-28 DE DE200520003611 patent/DE202005003611U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202006005175U1 (de) * | 2006-03-31 | 2007-02-15 | Geminus Gesellschaft für Management Innovationsförderung und Sonderprojekte e.G. | Druckluftspeicher in einem großvolumigen Containment |
DE102008050244A1 (de) | 2008-10-07 | 2010-04-15 | Tronsoft Gmbh | Verfahren und Anordnung zur dezentralen Energieversorgung (DZE) mit Block-Speicher-Kraft-Heiz-Kühl-Funktion (BSKHKWF) |
WO2012143272A1 (de) * | 2011-04-20 | 2012-10-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Wärmeübertrageranordnung und verfahren zum erwärmen eines arbeitsgases |
DE102011118486A1 (de) * | 2011-11-12 | 2013-05-16 | Gerhard Luther | Druckluft-Speicherkraftwerk |
DE102011118486B4 (de) * | 2011-11-12 | 2013-08-22 | Gerhard Luther | Druckluft-Speicherkraftwerk |
EP2634383A1 (de) * | 2012-03-01 | 2013-09-04 | Institut Für Luft- Und Kältetechnik Gemeinnützige GmbH | Verfahren und Anordnung zur Speicherung von Energie |
WO2014044425A1 (de) * | 2012-09-18 | 2014-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Erweitertes gaskraftwerk zur stromspeicherung |
EP2708719A1 (de) * | 2012-09-18 | 2014-03-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Erweitertes Gaskraftwerk zur Stromspeicherung |
CN102966387A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-03-13 | 北京修齐四方科技有限公司 | 一种贮存势能发电方法 |
US11591957B2 (en) | 2017-10-24 | 2023-02-28 | Tes Caes Technology Limited | Energy storage apparatus and method |
CN111305917A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-06-19 | 西安西热节能技术有限公司 | 一种蒸汽补热空气储能调峰系统及方法 |
WO2022000002A1 (de) | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Ulrich, Gregor Anton | Verfahren und system zum speichern und abgeben von elektrischer energie sowie verwendung hierfür |
CN112855292A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-28 | 西安交通大学 | 液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法 |
CN112855292B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-06-17 | 西安交通大学 | 液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE202005003611U1 (de) | Wärmekraftwerk mit Druckluftspeichervorrichtung zum Ausgleich fluktuierender Energieeinspeisung aus regenerativen Energiequellen | |
EP3286412B1 (de) | Energiespeichervorrichtung sowie verfahren zur speicherung von energie | |
DE4410440C2 (de) | Druckluftenergiespeicherverfahren und -system | |
EP3532710A1 (de) | Energiespeichervorrichtung sowie verfahren zur speicherung von energie | |
EP2900943B1 (de) | Kraft-wärme-kraftwerk und verfahren zum betrieb eines kraft-wärme-kraftwerks | |
EP2574739A1 (de) | Anlage zur Speicherung thermischer Energie und Verfahren zu deren Betrieb | |
EP2574756B1 (de) | Verfahren zum Betrieb eines adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerks und adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk | |
DE102013009351B3 (de) | Anlage und Verfahren zur Rückgewinnung von Energie aus Wärme in einem thermodynamischen Kreisprozess | |
DE102007021063A1 (de) | Hydraulisch-pneumatischer Antrieb | |
DE102010050428A1 (de) | Druckstufen-Wärme-Speicherkraftwerk bzw. Energiespeicherverfahren zum zeitweiligen Speichern von Energie in Form von Druckenergie in einem kompressiblen Medium und in Form von Wärmeenergie | |
WO2014026863A2 (de) | Verfahren zum laden und entladen eines wärmespeichers und anlage zur speicherung und abgabe von thermischer energie, geeignet für dieses verfahren | |
EP2610470A2 (de) | Verfahren zum Betreiben einer stationären Kraftanlage mit wenigstens einer Brennkraftmaschine | |
EP3186506B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum speichern von energie | |
EP2489840A1 (de) | Energiespeicher und Verfahren zu dessen Betrieb | |
WO2013156284A1 (de) | Anlage zur speicherung und abgabe von thermischer energie mit einem wärmespeicher und einem kältespeicher und verfahren zu deren betrieb | |
EP2381073B1 (de) | Effizienzsteigerungsvorrichtung eines Antriebs eines Strom- und Wärmeerzeugers | |
EP3230571A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum vorübergehenden speichern von gas und wärme | |
WO2022101348A1 (de) | Thermischer energiespeicher zur speicherung elektrischer energie | |
DE102012217142A1 (de) | Verfahren zum Laden und Entladen eines Speichermediums in einem Wärmespeicher und Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens | |
EP2574738A1 (de) | Anlage zur Speicherung thermischer Energie | |
DE3000044A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von verlustenegie aus der kombination eines gaskompressors und eines antriebsmotors fuer den kompressor | |
DE2102770A1 (de) | Anlage einer Gasturbine mit Energiespeicherung gebunden mit einer Dampfturbine | |
WO2018029371A1 (de) | Wärmeübertrager zur verwendung in einem warmteil eines flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, warmteil und verfahren zum betrieb eines solchen wärmeübertragers in einem solchen warmteil | |
DE102006011380B4 (de) | Wärmekraftmaschine | |
EP2610445A2 (de) | Verfahren zum Betreiben einer stationären Kraftanlage mit wenigstens einer Brennkraftmaschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20050623 |
|
R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20060529 |
|
R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20080902 |