DE2116850A1

DE2116850A1 - Gasturbinen-Luftspeicher-Anlage

Info

Publication number: DE2116850A1
Application number: DE19712116850
Authority: DE
Inventors: Theodor 8520 Buckenhof Schwarz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-04-06
Filing date: 1971-04-06
Publication date: 1972-10-19
Also published as: US3796044A; GB1337923A; NL7203983A; FR2132456B1; FR2132456A1

Description

Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Erlangen, 5·4·71

Werner-von-Siemens-Stcr.

Gasturbinen-Luftspeicher-Anlage

Unser Zeichen! PA 71/9307 Skn/Di

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Luftspeicher-Anlage mit einem Untertage-Luftspeicher, insbesondere in einer Salzstockkaverne. Bei einer solchen Anlage ist das Bohrloch des Untertage-Luftspeichers mit einer aus mehreren Rohrtouren bestehenden Verrohrung versehen. Man pflegt dabei den Ringraum zwischen den Rohrtouren und dem umgebenden Gebirge mit Zement auszufüllen, wobei es darauf ankommt, daß hier ein unbedingt luftdichter Abschluß erzielt wird. Das Luftsteigerohr kann dann in diese Bohrlochauskleidung eingehängt werden. Es dient beim Ausspülen der Kavernen als Schutzrohr für die Auskleidung.

Bei gasförmig gespeicherten Medien hat man bisher den Ringraum zwischen Bohrlochauskleidung und dem Steigrohrstrang im unteren Teil des Bohrloches mit einem sogenannten "Packer" verschlossen und darüber eine Schutzflüssigkeit eingefüllt. Auf diese Weise wird ein ausreichender Korrosionsschutz für die Verrohrung in diesem Bereich erzielt.

Bei Luftspeichern kann die Schutzflüssigkeit außer dem Korrosionsschutz auch die Funktion einer Wärmedämmung gegen Temperaturschwankungen der Speicherluft ausüben, sofern der Packer keine ins Gewicht fallende Wärmebrücke darstellt. Bei relativ schneller Entnahme von Speicherluft für den Gasturbinenbetrieb ändert sich der Zustand der eingespeicherten Luft adiabatisch, d.h. neben einer Druckabsenkung erfolgt gleichzeitig ein Temperaturrückgang. Während des Einbringens der Verdichterluft

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verläuft die Zustandsänderung der eingeschlossenen Restluftmenge umgekehrt, jedoch, im allgemeinen langsamer. Wegen der unterschiedlichen Wärmedehnung und Wärmeleitung der Bohrloch-Verrohrung und des umgebenden Gesteins sowie der Betonmasse dürfen die betrieblichen Temperaturänderungen der Bohrlochauskleidung nur in gewissen Grenzen liegen, die verhältnismäßig eng sind, da sonst mit dem Entstehen von Undichtigkeiten gerechnet werden muß.

Das Einbringen von ringförmigen Abdichtungselementen, d.h. des sogenannten Packers mit einem Außendurchmesser von beispielsweise eiaem halben Meter in Teufen von 500 m und mehr erfordert einen hohen technischen Aufwand. Außerdem muß bei großen Druckdifferenzen ein dichter Abschluß für die oberhalb des Packers In den dort vorhandenen Ringraum eingebrachte Schutzflüssigkeit gewährleistet sein. Der Abdichtungseffekt eines in dieser Weise installierten Packers kann bei schwankenden Luftdrücken, insbesondere bei vorübergehender vollständiger luftentnahme, in Frage gestellt sein.

Hierbei muß aber immer noch der Nachteil in Kauf genommen werden, daß die unterhalb des Packers befindlichen Rohrstrecken keinen Korrosionsschutz erhalten, da sie Luftfeuchtigkeits-Niederschlägen, die bei der Druckabsenkung infolge Luftentnahme auftreten, ausgesetzt sind. Diese Niederschlage in Verbindung mit Salzpartikeln aus den Kavernen führen zwangsläufig zur intensiven Korrosion der freien Rohrstrecken.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung ermöglicht, auf den Packer oder ähnliche Abdichtungselemente ganz zu verzichten, indem die Luftzuführung ganz oder zum Teil in dem aus Schutzrohr und Bohrlochauskleidung gebildeten Ringraun in den Speicher hinein erfolgt. Dabei kann auch während des Nutzleistungsbetriebes noch Luft, z.B. ein Teilluftstrom der Verbrennungsluft, als Frischluft in den Ringraum geleitet werden, sodaß ein Korrosionsschutz der gesamten Rohr-

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strecken gewährleistet ist. Wenn also jetzt auch, während der Luftentnahme für den GasturMnenbetrieb ein Teilstrom verdichteter Frischluft von oben her in den Ringraum eingespeist und dadurch stets eine Abwärtsströmung der Luft im gesamten Ringraum aufrecht erhalten wird, können nämlich in diesem keine Luftfeuchtigkeitsniederschläge stattfinden, sodaß damit auch keine Korrosion mehr auftreten kann.

Beim Abwärtsströmen der Begleitluft in den Speicher wird von dieser Luft ein wesentlicher Teil der Wärme, die aus der aufwärtsströmenden Verbrennungsluft an das Steigrohr abgegeben wird, aufgenommen. Das Steigrohr kann zusätzlich auf seiner Innenfläche zum Schutz gegen Korrosion mit einer geeigneten Schutzschicht z.B. einer Kunstharzauskleidung versehen werden, wobei diese Auskleidung gleichzeitig wärmehemmend wirksam ist.

Bei ausschließlichem Verdichterbetrieb strömt die gesamte Frischluftzufuhr oder ein Teil davon durch den Ringraum in den Speicher hinab, sodaß während der Verdichtung der eingeschlossenen Luft in dem Ringraum eine nach oben gerichtete Strömung mit Sicherheit verhindert wird. Luftfeuchtigkeit und Salzpartikel aus dem Speicher können somit nicht in den Ringraum gelangen und sich nicht an den Rohrwänden niederschlagen.

Die Temperatur der Frischluft kann geregelt werden, um sie dabei der Gebirgstemperatur anzugleichen. Durch dosierte Beigabe von Korrosionsschutzmitteln vor längeren Stillstandszeiten ist die Möglichkeit gegeben, die Ringraumwände gegen Einrosten zu schützen.

An Hand der Zeichnung, die in Gegenüberstellung mit einer bekannten Anordnung Ausführungsbeispiele der Erfindung in ihren wesentlichen Teilen in vereinfachter, schematischer Darstellung veranschaulicht, soll die Erfindung näher erläutert werden.

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Während Figur 1 eine bekannte Anlage mit der bisherigen Technik veranschaulicht, zeigen die Figuren 2 und 3 die Anwendung der Erfindung. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Mit 1 ist ein Untertagespeicher in Gestalt einer Salzstockkaverne bezeichnet, die durch ein Bohrloch 2 Verbindung mit der Erdoberfläche 3 erhält. Die Bohrlochauskleidung ist mit 4 bezeichnet, wobei im Ringraum zwischen Bohrlochauskleidung 4 und dem Gestein 5 eine Zementfüllung vorgesehen ist. Mit β ist das Schutzrohr bezeichnet, das im Betrieb der Gasturbinenspeicheranlage als Luftsteigerohr herangezogen wird. Wie Figur 1 zeigt, hat man bisher eine ringförmige Abdichtung in Form eines sogenannten Packers 7 vorgesehen, über der sich eine Schutzflüssigkeit 8 befand.

Wie demgegenüber Figur 2 zeigt, ist ein derartiger Packer in Wegfall gekommen, da jetzt durch den Ringraum 9 zwischen Schutzrohr 6 und Bohrlbchauskleidung 4 die gesamte Luftmenge oder ein Teil davon in den Hohlraum 1 hinabgeführt wird. Die Luft tritt in Richtung des Pfeiles 10 über die Leitung 11 mit dem Absperrorgan 12 in den Ringraum 9 hinein und strömt in Richtung des Pfeiles 13 in den Speicher abwärts. Der Speicherluftaustritt erfolgt in Richtung des Pfeiles 14 durch das Innere des Schutzrohres 6 im Ringraum 15· Das als Luftsteigerohr verwendete Schutzrohr 6 ist innen mit einer nicht näher dargestellten wärmehemmenden Schutzschicht versehen, die einen Korrosionsschutz bewirkt. Die Speicherluft gelangt über die Leitung 16 mit dem Absperrorgan 17 in Richtung des Pfeiles zur Gasturbinenanlage. Das Rohr 19, 20 dient der Abschlämmung, wobei Sole und Restwasser in Richtung des Pfeiles 21 abgezogen wird.

Während bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die für den Speicherluftaustritt dienenden Rohre 6 und 16 nur in Aufwärtsrichtung durchströmt werden, ist es auch mög-

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lieh, diese Rohre auch zum Einbringen der zu speichernden luft heranzuziehen oder mit heranzuziehen und sie so in Abwärtsströmung zu betreiben. Hierfür ist in Figur 3 ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Bei der luftentnahme durch das als Luftentnahmerohr dienende Schutzrohr 6 strömt die luft in Richtung des Pfeiles 18 durch die Rohrleitung mit den Absperrorganen 17a und 17b und gelangt anschließend durch die Leitung 23 in Richtung des Pfeiles 24· zur Gasturbinenanlage.

Beim Einbringen der Speicherluft strömt diese über das gleiche Rohr 23, jetzt aber in Richtung des Pfeiles 25, wobei der Hauptstrom bei geöffneten Absperrorganen 17a und 17b in Richtung des Pfeiles 26 die Leitung 16 und das Schutzrohr 6 durchsetzt. Ein Teilstrom der verdichteten, in den Speicher einzubringenden Luft gelangt über das Rückschlagorgan 27 und das Absperrorgan 12 zur Leitung 11, wo die in Richtung des Pfeiles 10 verlaufende Strömung im Ringraum 9 zum Speicher abwärts geführt wird.

Absperrorgan 12 kann naturgemäß als Regelventil ausgebildet sein, um die hierdurch abströmende Teilmenge günstig zu dosieren. Das Rückschlagventil 27 verhindert bei der Luft entnahme eine im Ringraum 9 aufsteigende Strömung, die für das Schutzrohr 6 die Gefahr von Korrosionsschäden bedeuten würde. Das Luftsteigerohr ist also stets gegen Korrosionen geschützt, da es auf seiner Innenwandung eine Schutzschicht trägt und auf seiner Außenwandung in der geschilderten Weise vor aufsteigenden Luftströmungen bewahrt bleibt. So könnte gegebenenfalls auch während der Luftentnahme, wie durch den Pfeil 28 angedeutet, bei geöffneten Absperrorganen 29 Luft in geringer Menge in den Ringraum 9 gedrückt werden, um in Verbindung mit dem Rückschlagventil 27 mit Sicherheit eine Aufwärtsströmung im Ringraum 9 zu verhindern.

5 Patentansprüche

3 Figuren - 6 -

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Claims

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Patentansprüche

turbiaen~Luftspeich.er-Anlage mit einem Untertage-Luftspsioher insbesondere in einer Salastockkaveme, dessen Botaloch mit einer aus mehreren-Bohrtouren bestehenden Verrohrung Tersehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die luftzuführung ganz oder zum Teil in dem aus Schutzrohr (6) und Bokrldchaus&lsiäuag (4) gebildeten Hingraum (9) in den Speieher (1) hinein erfolgt,

Aalage nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch "bei lutzleistungsbetrieb der Gasturbine oder der Gasturbinen ein Teilstrem der Verbrennungsluft als Frischluft in dem iraum" (9) saoh. unten strömt.

Anlage nach Anspruch 1 oder 2,,dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr (6) im Innern mit-einer wärmehemmenden KorrosionsBehutzsehieht. insbesoadere mit einem Kunstharz

Anlage nach Asspmeii 1 bis 3s> g®k©anaeichnet durch eine Hegelvorrichtung9 di@ die Semperatux der eingespeisten Luft im Bsffsich. äer Gsbirgstempsratur hält.

Aalage aaoh Aaspraeh. 1 bis 4₉ dadurch gekennzeichnet, daß, iHs"b©sondere vor des Eintritt llagsrer Stillstandszeitenj der iron oben aerabgefuhrtea Frisahluft Korrosionsschuts- ®l dosiert beigege