DE2029689A1

DE2029689A1 - Gas turbine power plant with compressed air storage

Info

Publication number: DE2029689A1
Application number: DE19702029689
Authority: DE
Inventors: Theodor 8520 Buckenhof Schwarz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: CH531641A

Description

Gasturbinen-Kraftanlage mit Druckluftspeicherung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Kraftanlage mit Druckluftspeicherung, bei der die zu speichernde Verbrennungsluft während Stillstandszeiten der Gasturbine elektromotorisch verdichtet wird. Auf diese Weise gelingt es, in Schwachlastzeiten überschüssige Energie zu speichern und zur Deckung der Lastspitzen die Kraftanlage heranzuziehen. Im Gegensatz zu gebräuchlichen Gasturbinenanlagen werden dabei Gasturbine und Luftverdichter unabhängig voneinander zu verschiedenen Zeiten betrieben.Gas turbine power plant with compressed air storage The invention relates on a gas turbine power plant with compressed air storage, in which the to be stored Combustion air is compressed by an electric motor during downtimes of the gas turbine will. In this way, it is possible to add excess energy during off-peak times save and use the power plant to cover the load peaks. In contrast Gas turbines and air compressors become common gas turbine systems operated independently at different times.

Zum Antrieb der Verdichter könnte man den dann motorisch zu betreibenden Gasturbinen-Generator heranziehen und auf diese Weise gesonderte Elektromotoren einsparen. Demgegenüber bedeuten die hierfür notwendigen lösbaren Wellenkupplungen aber für die zu übertragende Generator-Leistung einen großen technischen Aufwand, denn beim Verdichterbetrieb ist die Wellenverbindung zwischen Generator und Gasturbine zu lösen und andererseits eine Wellenkupplung zwischen dem jetzt motorisch betriebenen Generator und dem Verdichter einzurücken.To drive the compressor, one could then operate it with a motor Use gas turbine generator and in this way separate electric motors save on. In contrast, the releasable shaft couplings required for this mean but a great technical effort for the generator power to be transmitted, because when the compressor is in operation, the shaft connection is between the generator and the gas turbine to solve and on the other hand a shaft coupling between the now motorized The generator and the compressor.

Für kleinere Leistungseinheiten kann dieser technische Aufwand unter Umständen nicht lohnen, da die Mehrkosten eines zusätzlichen Antriebsmotors für den Verdichter durch die höhere Betriebssicherheit und Verschleißfreiheit des starren Antriebes wettgemeeht werden können. Bei größeren Leistungseinheiten, bei denen die Einsparung einer zusätzlichen elektrischen Maschine zum Antrieb der Verdichter stärker ins Gewicht fällt, bereitet es aber Schwierigkeiten, betriebssichere Kupplungen für die hohen Leistungen zu bauen. Die zwischen Gasturbine und Generator befindliche Kupplung ist beim Übergang auf Verdichterbetrieb nach dem Erreichen der Nenndrehzahl zu lösen, sodaß dann der als Synchronmotor arbeitende Generator einen oder mehrere Verdichter anzutreiben vermag. Diese Kupplung muß naturgemäß für die volle Leistung der Gasturbine bemessen sein. Die auf der Verdichterseite befindliche Kupplung, die bei Generatorbetrieb gelöst sein muß, kann einfacherer Bauart sein, da das Ein- bzw.For smaller power units, this technical effort can be made under Not worthwhile in certain circumstances, as the additional costs of an additional drive motor for the compressor due to the higher operational reliability and freedom from wear of the rigid Drive can be compensated. For larger power units where the saving of an additional electrical machine to drive the compressors is more important, prepares But there are difficulties in operating safely To build clutches for high performance. The one between the gas turbine and the generator The clutch located is at the transition to compressor operation after it has been reached to solve the nominal speed, so that then the generator working as a synchronous motor able to drive one or more compressors. This coupling must of course be dimensioned for the full power of the gas turbine. The one on the compressor side The clutch that has to be released when the generator is in operation can be simpler Be of construction, as the input or

Ausrücken dieser Kupplung im Stillstand erfolgen kann.Disengagement of this clutch can take place at a standstill.

Wenn man für eine Einheit eine Leistung von beispielsweise 200 MW zugrunde legt, so müßte also die lösbare Kupplung zwischen Gasturbine und Generator für diese Leistung ausgelegt werden. Eine solche, meist als Überholkupplung auszubildende lösbare Wellenkupplung wäre aber sehr aufwendig und kostspielig. Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt.If you have an output of, for example, 200 MW for a unit is based on the releasable coupling between the gas turbine and the generator designed for this performance. Such one, usually to be trained as an overrunning clutch releasable shaft coupling would be very complex and expensive. These disadvantages are eliminated by the invention.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Anlage der beschriebenen Art, bei der der Verdichterantrieb durch motorischen Antrieb des Gasturbinengenerators sichergestellt ist, der Generator nunmehr in beispielsweise zwei Einzelgeneratoren aufgeteilt ist, von denen einer starr mit der Gasturbine gekuppelt, der andere jedoch wahlweise sowohl mit mindestens einem Verdichter als auch mit dem ersten Generator bzw. der Gasturbine kuppelbar ist. Diese Kupplung mit dem-freien Wellenende des ersten Generators kann eine im Stillstand bzw. bei Turn-Drehzahl lösbare Kupplung sein, wobei eine ebensolche Kupplung auch zwischen dem zweiten Generator und dem Verdichter vorzusehen ist. Für den Verdichterantrieb ist somit ein Frequenzanlauf mit Hilfe des starr mit der Gasturbine gekuppelten Generators möglich, wobei nach Synchronisieren des Motors mit dem Netz der Gasturbosatz wieder stillgesetzt wird. Somit entfällt eine während des Betriebes lösbare, für die volle Gasturbinenleistung bemessene Kupplung. Statt dessen wird nur eine für die erheblich geringere Verdichterleistung bemessene Kupplung benötigt, die nur im Stillstand oder Turn-Betrieb ein- und ausgerückt zu werden braucht, also wesentlich einfacher und billiger ist als eine Überholkupplung.The invention consists in that in a system of the described Type in which the compressor is driven by the motor drive of the gas turbine generator is ensured, the generator is now in, for example, two individual generators is divided, one of which is rigidly coupled to the gas turbine, the other, however optionally with at least one compressor as well as with the first generator or the gas turbine can be coupled. This coupling with the free shaft end of the The first generator can have a clutch that can be released at standstill or at turning speed be, such a coupling also between the second generator and the Compressor is to be provided. There is thus a frequency start-up for the compressor drive possible with the help of the generator rigidly coupled to the gas turbine, whereby after Synchronizing the engine with the network, the gas turbine generator is shut down again. This eliminates the need for a gas turbine that can be released during operation for full gas turbine output sized coupling. Instead, only one is used for the considerably lower compressor capacity dimensioned clutch is required that is only engaged and disengaged during standstill or turn operation to become needs, so it is much easier and cheaper than an overrunning clutch.

Für die Bemessung der Einzelgeneratoren bei der Aufteilung des Gasturbinengenerators in einen ersten und einen zweiten, gegebenenfalls auch einen dritten Generator ist es ausschlaggebend, wie lange die Einsatzzeiten der Anlage für Speicherbetrieb und für Spitzenlastbetrieb sind. Man kann dabei von einer verhältnismäßig kurzen Einsatzzeit der Gasturbine und einer entsprechend längeren Schwachlastzeit ausgehen und für die Bemessung von Gasturbine und Verdichterleistung Verhältnisse von etwa 2:1 bis 3:1 zugrunde legen. Bei einer Gasturbinenleistung, die, wie oben angegeben, beispielsweise 200 MW betragen mag, würde dann eine Verdichterleistung von ca. 65 bis 100 MW benötigt. Dementsprechend wird man den zweiten Generator und die lösbaren Kupplungen nur für etwa die gleiche oder eine geringere Leistung als die des ersten Generators zu bemessen brauchen.For dimensioning the individual generators when dividing the gas turbine generator in a first and a second, possibly also a third generator it is decisive how long the operating times of the system for storage operation and for peak load operation. You can use it for a relatively short period of time run out of the gas turbine and a correspondingly longer off-peak period and for the dimensioning of gas turbine and compressor output ratios from about 2: 1 to Use 3: 1 as a basis. In the case of a gas turbine power which, as stated above, for example 200 MW, a compressor output of approx. 65 to 100 MW would then be required. Accordingly, one will only use the second generator and the releasable couplings about the same or a lower power than that of the first generator to need.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung.The figure shows an embodiment in its for the invention essential parts in a greatly simplified schematic representation.

Die Gasturbine 1 mit der Brennkammer 2 ist mit einer Welle 3 starr mit der Welle 4 des ersten Generators 5 gekuppelt. Dieser Generatorteil 5 erzeugt zusammen mit dem wahlweise als Motor und als Generator arbeitenden zweiten Generatorteil 6 beim Gasturbinenbetrieb die volle elektrische Leistung, die über den Transformator 7 an das Verbrauchernetz geliefert wird. Die zwischen den Generatorteilen 5 und 6 befindliche lösbare Wellenkupplung 8 ist dabei eingerückt.The gas turbine 1 with the combustion chamber 2 is rigid with a shaft 3 coupled to the shaft 4 of the first generator 5. This generator part 5 generates together with the second generator part, which works either as a motor or as a generator 6 the full electrical power generated by the transformer during gas turbine operation 7 is delivered to the consumer network. The between the generator parts 5 and 6 located releasable shaft coupling 8 is engaged.

Die Welle des wahlweise als Generator und als Motor arbeitenden zweiten Generatorteiles 6 ist weiterhin mit einer lösbaren Wellenkupplung 10 mit einem dem Verdichterantrieb angehörenden Getriebe 11 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Verdichter 12 und 13 mit Zwischenkühlung 14 vorgesehen.The shaft of the second, which works either as a generator or as a motor Generator part 6 is also provided with a releasable shaft coupling 10 with one of the Gear 11 belonging to the compressor drive is connected. In the illustrated embodiment two compressors 12 and 13 with intermediate cooling 14 are provided.

Die verdichtete Verbrennungsluft wird in einen nicht näher dargestellten Speicher geleitet, von wo sie bei Gasturbinenbetrieb über die Leitung 15 der Brennkammer 2 zugeführt wird.The compressed combustion air is in a not shown in detail Passed memory, from where they are in gas turbine operation via line 15 of the combustion chamber 2 is fed.

Phasengleichheit der beiden Generatorteile 5 und 6 ist beim Einrücken der Kupplung 8 in einfacher Weise realisierbar. Bei Bemessung des Generatorteiles 6 für etwa gleiche oder geringere Leistung als der des Generatorteiles 5 braucht die Kupplung 8 nur höchstens für die Hälfte der Leistung der Gasturbine bemessen zu sein. Dies gilt auch für die lösbare Kupplung 10.The two generator parts 5 and 6 are in phase when they engage the clutch 8 can be implemented in a simple manner. When dimensioning the generator part 6 for approximately the same or less power than that of the generator part 5 needs the clutch 8 is only dimensioned for a maximum of half the power of the gas turbine to be. This also applies to the releasable coupling 10.

Trotz größerer Baulänge des Maschinensatzes ist durch die kleineren-und einfacheren Kupplungen der Aufwand an Anlagekosten geringer.Despite the larger overall length of the machine set, the smaller and simpler couplings lower the investment costs.

Wenn nach Anlauf durch die Gasturbine die Kupplung 8 ausgerückt wird und vorher die Kupplung 10 gelöst war, so kann der Generator 6 auch zur Phasenkompensation mit herangezogen werden.When the clutch 8 is disengaged after the gas turbine has started up and the clutch 10 was previously released, the generator 6 can also be used for phase compensation can also be used.

4 Patentansprüche 1 Figur4 claims 1 figure

Claims

BXtentansDrUche 1 $ gas turbine power plant with compressed air storage, in which the combustion air to be stored during downtimes of the gas turbine is compressed by an electric motor, characterized in that under formation; des Compressor drive through motorized operation of the gas turbine generator of the generator is divided into at least two individual generators (5,6), one of which (5) is rigid coupled to the gas turbine (1), the other (6), however, optionally both with at least a compressor (12, 13) as well as with the first generator (5) and the gas turbine (i) can be coupled.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the second Generator (6) is rated for the same or less power than the first generator (5).

3. Plant according to claim 1 and 2, characterized in that the second generator (6) can be used as a phase shifter.

4. Plant according to claim 3, characterized in that the gas turbine set with the first generator (5) also during the phase shifting operation of the second Generator (6) works, this generator (5) using up to its rated output can be loaded with a power factor of 1.

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