DE2615439C2

DE2615439C2 - Thermische Kombi-Kraftwerksanlage mit Druckluftspeicher

Info

Publication number: DE2615439C2
Application number: DE2615439A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Zollikon Gyarmathy; Hans Dipl.-Ing. Dr. Baden Aargau Pfenninger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1986-01-09
Also published as: IT1076614B; DE2615439A1; DK144535B; US4100745A; DK107477A; FR2344718A1; SE7702793L; JPS52112039A; DK144535C; SE428951B; NL7702688A; FR2344718B1; CH593423A5

Description

a) während der Schwachlastzeit wird bei stillstehender Heißluftturbine (8) mit Anzapfdampf aus zier Dampfturbine (14) ein Dampf- oder HeiSw«sserspekner (29) aufgeheizt;

b) während der Spitzenlastzeit wird durch Abschaltung der Dampfanzapfung die größtmögliche Dampfturbinenleistung zur Erzeugung elektrischer Energie erbracht; und

c) während der Spitzenlastzeit wird die dem Speieher (4) entnommene Druckluft über Wärmeaustauscher (9, 10) mittels der gespeicherten Wärmemenge aus dem Dampf- oder Heißwasserspeicher (20) erhitzt und ohne weitere Wärmezufr.hr aus Brennstoff in der Heißluftturbine (8) bis auf den Umgebungsdruck entspannt

gen Betriebskosten der Kraftzentrale.

Druckluft, die nötigenfalls vor ihrer Verdichtung noch filtriert werden kann, ist ein ideales Arbeitsgas. Bei gleichen Betriebskennwerten ist sie den Verbrennungsgasen einer Brennkammer gleichwertig, doch ist sie absolut sauber, so daß keine Erosions- oder Korrosionsprobleme auftreten. Darüber hinaus ist sie im Hinblick auf Umweltbelastung das cm besten geeignete AraeitsmitteL

ίο Ein Kombi-Kraftwerk der eingangs genannten Art jedoch mit konventioneller Gasturbine statt einer Heißluftturbine ist bekannt aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 02 770. Bei dieser Anlage werden die Abgase der Gasturbine dem Dampfkessel, der die Dampfturbine speist, zugeführt und dienen darin als Verbrennungsluft, bevor sie einen Wärmeaustauscher zur Erwärmung der dem Speicher entnommenen Druckluft -passieren, und durch den Schornstein in die Atmosphäre gelangen. Als Nachteil wird jedoch angesehen, daß die Art der Dampferzeugung, d. h. mit Hilfe der Abgase der Gasturbine, eine Entkoppelung beider Anlagen erschwert. Ferner wird auch Heizöl oder Heizgas zum Betrieb der Gasturbine benötigt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Kraftwerksanlage der eingangs genannten Art in Spitzenlastzeiten die größtmögliche Leistungsausbeute zu erzielen.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer thermischen Kombi-Kraftwerksanlage, bei welchem während der Schwachlastzeit ein entweder mit einem Teil der von der Dampfturbine erzeugten elektrischen Energie angetriebener oder ein von der Dampfturbine direkt angetriebener Verdichter die Aufladung eines Druckluftspeichers besorgt, und wobei während des Spitzenlastbetriebes die Druckluft dem Speicher entnommen, erhitzt und einer Heißluftturbine, die einen elektrischen Generator antreibt, zugeführt wird.

In neuerer Zeit werden Druckluftspeicher im Zusammenhang mit thermischen Ki «.'werken zur Spitzendekkumg projektiert Kernkraftwerke z. B. können über Nacht nicht abgestellt werden, so daß während der Schwachlastzeit überschüssige Energie vorhanden ist, so die in geeigneter Weise gespeichert und zur Spitzendekkung herangezogen wird. Wo Wasser vorhanden ist und größere Höhenunterschiede bestehen, wird man hydraulische Pumpspeicherwerke bauen, wie dies seit langem getan wird. In der Ebene wäre dies nur mit größeren Unkosten möglich, sofern es geologisch überhaupt realisiert werden könnte. In einem solchen Falle ist ein Druckluftspeicher die richtige Lösung. Bei diesem wird, wie es beispielsweise aus Brown Boveri Mitteilungen 62, (1975), S.332 ... 337, bekannt ist, während der ω Schwachlastzeit Luft verdichtet und in einer unterirdischen Kaverne gespeichert. Zur Deckung der Tagesspitze wird die Druckluft der Brennkammer einer Gasturbinenanlage zugeführt und die so gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt. Diese Anlagen benötigen Brennstoff edler Qualität, dessert Kosten stark ins Gewicht fallen. In Europa betragen sie etwa gleich viel oder sogar noch mehr als die gesamten übri-

a) während der Schwachlastzeit wird bei stillstehender Heißluftturbine mit Anzapfdampf aus der Dampfturbine ein Dampf- oder Heißwasserspeicher aufgeheizt;

c) während der Spitzenlastzeit wird die dem Speicher entnommene Druckluft über Wärmeaustauscher mittels der gespeicherten Wärme ai!s dem Dampfoder Heißwasserspeicher erhitzt und ohne weitere Wärmezufuhr aus Brennstoff in der Heißluftturbine bis auf den Umgebungsdruck entspannt.

Zwar ist es aus der CH-Patentschrift 5 33 764 bekannt, eine Heißluftturbine mit Druckluft aus einem Untertage-Speicher zu betreiben. Jedoch wird auch hier die Luft in einem im Abgasstrom einer Gasturbine angeordneten Wärmetauscher erhitzt, danach teilweise entspannt und dann der Gasturbine als Verbrennungsluft zugeführt, d. h. Heißluftturbine und Gasturbine können nicht unabhängig voneinander betrieben werden, da kein Wärmespeicher vorgesehen ist.

Bei de.· vorliegenden Erfindung hat Dampf als Heizmittel für den Wärmespeicher den Vorteil, daß die Temperatur der Druckluft innerhalb der technischen Grenzen beliebig erhöht werden kann, was zu einer starken Steigerung der Turbinenleistung führt. Außerdem ist eine Zwischenkühlung und eine Nachkühlung möglich, was die benötigte Verdichterleistung herabsetzt. Bei Verwendung eines Dampfspeichers kann dieser wegen der guten Wärmeübertragung viel kleiner als die bekannten unterirdischen Wärmespeicher dimensioniert sein.

Weiterer einschlägiger Stand der Technik ist bekannt aus den GB-PS 7 72 287, DD-PS 99415, DE-AS 12 07 712, DD-PS 1 18 455 und CH-PS 2 27 234.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und wird anschließend näher erläutert Für das Verständnis der Erfindung unnötige Details sind dabei weggelassen.

Nach der einzigen Figur wird die Luft vom mehrteiligen Verdichter 1 aus der Umgebung angesaugt und z. B. bis auf 60 bar verdichtet Hierauf wird sie im Nachkühler 2 auf etwa 30⁰C rückgekühlt, bevor sie über die Druckleitung 3 uem Speicher 4 zuströmt Das Absperrventil 5 in der Leitung 3 ist während dieser Zeit ge- ίο öffnet

Zur Umsetzung der in der Druckluft gespeicherten Energie in elektrische Energie wird das Ventil 5 geschlossen und das Absperrventil 6 in der Leitung 7, die zur Heißluftturbine 8 führt, geöffnet Im Wärmetauscher 9, der in die Zuführleitung 7 eingeschaltet ist, wird die Luft erhitzt, bevor sie in die Turbine 8 eintritt, der sie nun als Arbeitsgas dient Nach dem Hochdruckteil der Heißluftturbine 8 kann ein weiterer Wärmetauscher 10 vorgesehen sein, in welchem die teilweise entspannte Druckluft zwischenerhitzt wird, bevor sie im Niederdruckteil der Turbine 8 auf den Umgebungsdruck entspannt wird.

Über die beiden ausdrückbaren Kupplungen 11 ist das Aggregat 12 einerseits mit der Heißluftturbine 8, andererseits mit dem Verdichter 1 verbunden. Bei Schwachlastzeit, also hauptsächlich nachts, ist die Kupplung zur Turbine 8 geöffnet und die Kupplung zum Verdichter 1 geschlossen. Das Aggregat 12 läuft als Motor und treibt den Verdichter an, welcher Druckluft in den Speicher 4 fördert Bei Spitzenzeit ist die Kupplung zur Turbine 8 geschlossen und die Kupplung zum Verdichter 1 geöffnet; das Aggregat 12 läuft als Generator und gibt elektrische Energie an das Netz ab.

Die beiden Wärmetauscher 9 und 10 sind dampfbeheizt. Der dafür benötigte Dampf wird einer Dampfturbinenanlage entnommen, die im wesentlichen aus dem Dampferzeuger 13, der mehrteiligen Dampfturbine 14, dem Kondensator 15 und dem von der Dampfturbine getriebenen Generator 16 besteht Während der Spitzenzeit kann im Punkte 17 Anzapfdampf entnommen werden und bei geöffnetem Ventil 18 über die Leitung

19 den Wärmetauschern 9 und 10 zugeführt werden. Bei Nacht ist das Ventil 18 geschlossen und der Generator 16 der Dampfturbinenanlage gibt seine Energie teilweise oder gänzlich an das Aggregat 12 ab.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie wenig Aufwand benötigt und deshalb billig ist Sie hat aber den Nachteil, daß gerade währsnd der Spitzenzeit, wenn die größte Leistung benötigt wird. Dampf aus der Dampfturbinenanlage entnommen und dadurch deren Generatorleistur.g verkleinert wird.

Soll diese Leistungsreduktion der Dampfturbinenanlage vermieden werden, so wird in die Anzapfleitung 19 der Dampfspeicher 20 und in Strömungsrichtung nachfolgend das Ventil 21 eingeschaltet werden. Statt des Dampfspeichers kann ebenso ein Heißwasserspeicher, z. B. ein Ruthsspeicher, verwendet werden. Während der Schwachlastzeit treibt die Dampfturbinenanlage nicht nur den Verdichter 1 elektrisch über das Aggregat 12 an, sondern es wird auch noch zusätzlich der Speicher

20 von der Dampfturbine aufgeladen. Zur Spitzenzeit wird dann vom Speicher 20 der Dampf für die Wärmetauscher 9 und 10 geliefert. Auf diese Weise steht zur Spitzenzeit nicht nur uie volle Leistung der Heißluftturbine 8, sondern auch die volle Dampfturbinenleistung zur Verfügung.

Eine Variante zu der beschriebenen Anlage besteht darin, daß das Aggregat 12 keine Verbindung mit dem Verdichter aufweist Es dient dann nur als Generator für die Heißluftturbine 8, und der Verdichter wird z. B. direkt von der Dampfturbine 14 angetrieben, von der er dann natürlich abkuppelbar sein muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Betrieb einer thermischen Kombi-Kraftwerksanlage, bei welchem während der Schwachlastzeit ein entweder mit einem Teil der von der Dampfturbine erzeugten elektrischen Energie angetriebener oder ein von der Dampfturbine direkt angetriebener Verdichter die Auflage eines Druckluftspeichers besorgt, und wobei während des Spitzenlastbetriebes die Druckluft dem Speicher entnommen, erhitzt und einer Heißluftturbine, die einen elektrischen Generator antreibt, zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: