DE2263051A1

DE2263051A1 - Gasturbinenanlage mit vorgeschaltetem luftspeicher

Info

Publication number: DE2263051A1
Application number: DE2263051A
Authority: DE
Inventors: Theodor Schwarz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1974-07-04
Also published as: JPS4989009A

Description

Gasturbinenanlage mit vorgeschaltetem Luftspeicher Eine Gasturbinenanlage mit einem Druckluftspeicher besitzt gegenüber normalen Gasturbinen den Vorteil, daX die Verdichtung der zum Betrieb der Gasturbine notwendigen Druckluft und der Betrieb der Gasturbine zu getrennten Zeiten erfolgen können Hierzu werden in Zeiten niedrigen Strombedarfs elektromotorisch angetriebene Verdichter zum Auffüllen des Druckluftspeichers eingesetzt. In Zeiten höheren Stromverbrauches kann dann in einem Netz die Gasturbine zur Deckung der Spitzenlast herangezogen werden.
Da somit die normalen Betriebszeiten bei einem derartigen Gasturbinensatz relativ gering sind, genügt es, bei einer solchen Anlage den Verdichter für einen Teilt beispielsweise ein Viertel der Leistung der Gasturbine zu dimensionieren. Im normalen Betrieb wird die aus dem Luftspeicher entnommene Luft in einem Abgaswärmetauscher der Gasturbine vorgewärmt und dann entweder der Gasturbine unmittelbar oder vorher einer Heißluftentspannungsturbine zugeführt. Beim Anfahren des Gasturbinensatzes ist der Abgaswärmetauscher wegen der fehlenden Abgaswärme der Gasturbine noch nicht beheizt. Bei Verwendung einer vorgenannten Heißluftentspannungs;turbine müssen also, um eine Unterkühlung der in ihr expandierenden Speicherluft zu vermeinen, besondere Maßnahmen vorgesehen werde beispielsweise eine zusätzliche Brennkammer, die für den Anfahrvorgang in Betrieb genommen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage anzugeben, bei der mit geringem Aufwand ohne zusätzliche Brenner dieser beim Anfahren der Gasturbine sich ergebende Nachteil einer Unterkühlung vermieden werden kann. Die Erfindung betrifft damit eine Anordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist. Das Neue besteht in der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 enthaltenen technischen Lehre. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Der unterirdische Luftspeicher 5 ist über einen Rohrschacht 6 mit der Oberfläche verbunden. Konzentrisch im Rohrschacht 6 befindet sich eine Luftsteigeleitung 7, die auch als Fülleitung für den Luftspeicher 5 verwendet werden kann. Im Innern der Fülleitung 7 ist eine Soleaustrittsleitung 8 angeordnet, die über ein Ventil 17 mit der Außenluft in Verbindung steht.
Die Luftsteigeleitung 7 ist über ein Absperrventil 22 und eine Verbindungsleitung 23 mit dem Abgaswärmetauscher 4 der Gasturbine 1 verbunden. Luftaustritteseitig ist der Abgaswärmetauscher 4 über ein Stellventil 18 und eine nicht gezeichnete XeiBluftentspannungsturbine und der hiernach folgenden Brennkammer 2 mit dem Eingang der Gasturbine 1 verbunden, Tn diese Verbindungsleitung 23 können Luftfilter und Abscheider zusätzlich eingeschaltet sein, sind jedoch in der Zeichnung ebenfalls nicht näher dargestellt.
Die Gasturbine 1 ist einem Generator 3 verbunden. In die Verbindungsleitung 23 zwischen den Luftspeicher 20 und der Gasturbine 1 ist ein Absperrventil 24 eingeschaltet. Zur Speizung des Luftspeichers 5 dienen mehrere mehrstufige Verd@chter 25 die jeweils aus einem Niederdruckteil 10 und einem E@chdruckteil bestehen. Der Verdichter 25 wird von einem Elektromotor angetrieben, der als Asynchronmotor ausgeführt ist so ohne besondere Anfahreinrichtung und unabhängig von dem aus Gasturbine 1 und Generator 3 bestehenden Gasturbinensatz angelassen werden kann. An Stelle von Asynchronmotoren ließen sich jedoch auch Synchronmotoren mit zusätzlich vorzusehender Stromrichteranlaßschaltung verwenden.
Der Ausgang des Niederdruckteiles 10 jedes Verdichters 25 ist über einen Zwischenkühler 15 mit dem Eingang des Hochdruckteiles 11 jedes Verdichters 25 verbunden. Alle Ausgänge der Hochdruckteile 11 sind Über eine. Leitung 26, in- die Rtoksohlagventile 16 eingeschaltet sind, mit dem Teil der Verbindungsleitung 27 verbunden, der sich zwischen dem Absperrventil 24 und dem Luftspeicher 5 befindet.
Die Ausgänge der Niederdruckteile .10 der mehrstufigen Verdichter 25 sind außerdem über Absperrventile 30 und über Rückschlagventile 31 sowie über eine Leitung 32 mit dem Teil der Verbindungsleitung 23 verbunden, derssich zwischen dem Absperrventil 24 und der Gasturbine 1 befindet.
Zum Anfahren der Gasturbine 1 werden die Elektromotoren 9 nacheinander angelassen und das Absperrventil 30 geoffnet.
Hierbei ist das Absperrventil 24 in der Verbindungsleitung 23 geschlossen, so daß der Ausgang der Niederdruckteile 10 der mehrstufigen Verdichter 25 Luft durch den unter Umständen noch nicht erwärmten Abgaswärmetauscher 4 und die,Heißluftentspannungsturbine in die Brennkammer 2 der Gasturbine schickt. Für den Fall, daß der Generator 3 noch keine Leistung abgeben soll, genügt es, bei nicht gezündeter Brennkammer die Gasturbine mit der von den Niederdruckteilen 10 gelieferten und bei der Verdichtung erwärmten Luft bis auf Nenndrehzahl hochzufahren, so daß der Generator synchronisiert werden kann. Ein Teil der Verdichter 25 können durch Abschalten dieser Antriebsmotoren stillgesetzt werden, während mindestens ein Verdichter die im Bereitschaftszustånd -leerlaufende Fasturbine, die vom synchronisierten Generator auf Nenndrehzahl gehalten wird, mit der erforderlichen Kühlluft versorgt. Die bei der Verdichtung der Kühlluft anfallende Wärme und die durch die Ventilationsarbeit der Gasturbinenbeschaufelung von der Kühlluft aufgenommene Wärme werden beim Durchströmen des Abgaswärmetauschers 4 in überwiegendem Xae in diesem gespeichert. Bei längerem Bereitschaftsbetrieb kann damit ohne weitere Hilfsmittel entweder eine ausreichende und nutzbare Erwärmung des Wärmetauschersvorgenommen oder dieser nach vorherigem Nutzleistungsbetrieb auf einem ausreichenden Temperaturniveau gehalten werden.
Bei notwendiger Lastübernahme des Generators 3 ist es dann nur noch notwendig, im Bereitschaftszustand des Turbosatzes der Brennkammer 2 Treibstoff zuzufÜhren und diesen zu zünden.
Ist die Gasturbine 1 in Betrieb, kann das Absperrventil 24 geöffnet und das Absperrventil 30 geschlossen und der Elektromotor 9 abgeschaltet werden. Damit steht die vom Elektromotor 9 vorher benötigte Energie zusätzlich zu der Energie, die der Generator 3 in das Netz einspeist, zur Verfügung. Die notwendige Verbrennungsluft wird aus dem Luftspeicher 5 entnommen.
Bei Beendigung der Betriebszeit der Gas turbine 1 werden zum Speisen des Luftspeichers 5 die Elektromotoren 9 wieder angelassen und über die Leitung 26 gelangt Speicherluft in den Luftepeicher 5, so daß dieser wieder aufgefüllt wird.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche ($1 Gasturbinenanlage mit vorgeschaltetem Luftspeicher, der seinerseits an elektromotorisch angetriebene, mehrstufige Verdichter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung. (23-) zwischen Luftspeicher (5) und Gasturbine (1) ein Absperrventil (24) eingeschaltet ist, das während des Anfahrens der Gasturbine (1) mittels Druckluft aus dem Niederdruckteil (10) des Verdichters (25) die niederdruckseitig angeschlossene Leitung (32) von der hochdruckseitig angeschlossenen Leitung (26) trennt.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren (9) durch Verdichter voki der Gasturbine (1) unabhängig angefahren und auf das Netz geschaltet werden können, so daß sie mit der von ihnen erzeugten Druckluft die Gasturbine anfahren bzw. die Gasturbine im Bereitschaftsbetrieb mit synchronisiertem Generator mit der erforderlichen Kühlluft versorgen können.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niederdruckseitige Verbindungsleitung (32) vor dem Eingang eines Abgasluftvorwärmers (4) der Gasturbine angeschlossen ist.

L e e r s e i t e