-
Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk, insbesondere Spit-
-
zenkraftwerk, bei dem mehrere Turbinen oder Expansionsmaschinen an
die Druckleitung eines druckführenden Leitung systems, insbesondere eine Erdgasleitung,
verbrennungsfrei unter Zwischenschaltung eines Zwischenspeichers angeschlossen sind,
wobei die Abgasleitungen derselben mit dem Verbraucher der Erdgase in Verbindung
stehen.
-
Durch die nicht vorveröffentlichte Hauptpatentanmeldung P 27 02 323.0
ist bereits ein derartiges Kraftwerk vorgeschlagen worden, das den großen Vorteil
zeigt; daß die bei der erforderlichen Druckminderung sonst verlorengehende Energie
bei Erdgasleltungssystemen zurückgewonnen wird.
-
Dies ist auch deshalt so sehr vorteilhaft, weil der Aufwand für ein
derartiges Kraftwerk verhältnismäßig sehr gering ist, weil bei einer Druckdifferenz
von nur 15 bar
eine Leistung von 2.000 KW bei einem Durchsatz von
100.000 Nm3/h gewonnen werden kann. Hierbei ist vorgesehen, daß der erwähnte Zwischenspeicher
nur in Spitzenstromzeiten aufgefüllt wird, und daß der Druck bereits bierbei durch
eine Turbine erheblich gemindert wird.
-
Dies ist vom Standpunkt des Betreibers eines solchen Kraftwerkes sehr
günstig, weil dieser Strom dann als Spitzenstrom zur Verfügung steht. Indessen ist
aber vom Standpunkt der Betreiber solcher Leitungssysteme die Spitzenbelastung ebenso
unerwünscht wie bei den elektrischen Leitungen.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Kraftwerk nach
der Hauptpatentanmeldung so zu verbessern, daB eine kontinuirliche Entnahme aus
der Erdgasleitung sichergestellt ist, ohne daß aber die Möglichkeit aufgegeben wird,
Spitzenstrom zu erzeugen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht bei dem Kraftwerk
der Eingangs erwähnten Art darin, daß eine
Regelvqrrichtung in der
zu dem Zwischenspeicher führenden Leitung angeordnet ist, durch d;e- die Gasmenge
im wesentlichen über den gesamten 24-Stunden-Tag konstant gehalten wird.
-
Natürlich könnte auch in diesem Falle, wie nach der Hauptpatentanmeldung
vorgesehen, die Entspannung über eine grössere Turbine vorgenommen werden. Dies
würde den Vorteil zeigen, daß die Turbine ebenfalls mit konstanter Drehzahl betrieben
werden kann, jedoch würde es sich hierbei nicht um Spitzenstrom handeln. Durch die
Erfindung ist deshalb eine Druckminderung nicht vorgesehen, so daß der Zwischenspeicher
gleichzeitig als Energiespeicher dient.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daX der Zwischenspeicher
mit einem weiteren Zwischenspeicher über ein Ventil in Verbindung steht, der, insbesondere
im Sommer, die nicht verbrauchten durch die Regelvorrichtung strömenden Gasmengen
aufnimmt.
-
Der zuerst erwähnte Zwischenspeicher kann verhaltnismäßig klein sein,
weil er praktisch nur die Differenzen derjenigen Gasmengen aufnehmen muß, die sich
durch den Spitzenbedarf bzw. den Minderbedarf zur Nachtzeit ergeben. Dagegen handelt
es sich beidem erwähnten weiteren Zwischenspeicher um einen Langzeit-Jahres-Speicher,
der vorzugsweise als Flüssiggasspeicher ausgebildet ist, so daß das Gas zuvor in
den flüssigen Zustand überführt wird, damit diese größeren Mengen über das ganze
Jahr gespeichert werden, so daß sie insbesondere im Winter zur-Verfügung stehen.
Auf diese Weise kann der erste Zwischenspeicher nicht nur verhältnismäßig sehr klein
gehalten sein, scer er kann auch durch den standigen Zustrom mit Sicherheit unter
dem verhältnismäßig aoch liegenden Druck gehalter werden, der nur wenig unter dem
der Ferngasleitung liegt.
-
Weiter ist vorteilhaft, daS menrere der in der Verbracrer leitung
angeordneten Turbinen zu einander parallel gesc@a@-tet sind, die bei zuruckgehendem
Verbrauch nacheinander d und bei zunehmender. Verbrauch nacheinander wieder zugeschaltet
werden.
-
Auf diese Weise wird der natürliche Spitzenbedarf dazu ausgenutzt,
ein Spitzenkraftwerk zu betreiben, bei dem in Spitzenbedarfszeiten wesentlich mehr
Strom erzeugt wird als des Nachts. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß Nachts
eine von mehreren Turbinen in Betrieb bleibt, damit auch der Nachtbetrieb ausgenutzt
wird.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform
und Fig. 2 eine Darstellung wie Fig. 1 bei der zweiten Ausführungsform.
-
In Fig. 1 sieht man oben die einen hohen Druck führende Ferngasleitung
3, von der die Leitung 2 abzweigt, die im wesentlichen den gleichen Druck führt.
Die Regelvorrichtung
14 ist von herkömmlicher Bauart und dient lediglich
dazu, eine völlig gleichmäßige 24 Stunden dauernde Tages-Entnahme sicherzustellen.
Es handelt sich also um eine Mengen-Regelvorrichtung, die gemäß der Erfahrung auf
eine ganz bestimmte Durchflußmenge eingestellt wird, wobei es sich um den Jahres-Durchschnitt
bezogen auf die Zeiteinheit handelt. Solcbe Mengen-Regenventile sind bekannt und
müssen daher nicht erläutert werden. Hierdurch werden auch die verschiedenen Druckunterschiede
der Leitung 3 ausgeglichen. Wenn der Druck höher liegt, wird die Menge ein klein
wenig niedriger liegen, bei niedrigerem Druck dagegen höher, weil beabsichtigt ist,
über das ganze Jahr stets die gleichen auf einen Normal-m3 bezogenen Gasmengen der
Leitung 3 zu entnehmen.
-
Ohne jede Druckminderung, abgesehen von der unvermeidbaren Minderung
beim Durchgang durch den Messer 14, wird die erwähnte Gasmenge kontinuirlich Tag
wie Nacht in den Zwischenspeicher 5 geleitet. Dieser wird daher mit einem Druck
aufgeladen, der nur wenig unter dem der Leitung 3 liegt.
-
Diesem kontinuirlichen Zustrom entspricht auch eine Abnahme in genau
gleicher Menge. Einmal erfolgt die Entnahe über die Leitung 27 und das Kraftwerk
10 zum Verbraucher 6. Falls der Verbrauch aber nicht ausreicht, in der Regel also
bei Nacht, wird automatisch das Ventil 15 geöffnet und die überschüssigen Mengen
in den weiteren Zwischenbehälter 28 geführt, der ein Jahres-Langzeit-Behälter ist,
vorzugsweise ein Elüssiggas-Behälter. Derartige Behälter sind bekannt und müssen
daher nicht im einzelnen erläutert werden. Auf dem Wege über das Ventil 15 kann
daher das Gas verflüssigt werden, Die Entleerung dieses Behälters ist über das Ventil
34 in der Regel nur im Winter nötig.
-
Bevor nun das Gas über die Leitung 27 dem Verbraucher 6 zugeführt
wird, erfolgt die Entspannung über mehrere Turbinen 10 a - c. Im Gegensatz zu der
Hauptpatentanmeldung sind diese Turbinen durch die Leitung 35 parallel zu einander:
geschaltet.
Die Leitung en, a - c führen zu den einzelnen Turbinen
10 a - c über die Ventile 25 a - c. Parallel zu den erwähnten Strängen 9, die zu
den Turbinen 10 führen, ist die Leitung 12 mit einem herkömmlichen Druckminderventil
13 angeordnet, über die in jedem Falle diejenigen Mengen fließen, die von den in
Betrieb befindlichen Turbinen nicht aufgenommen werden können. Die Abgasleitungen
11 a - c der Turbinen 10 führen zu der Verbraucherleitung 29, die mit weiteren Leitungen
zu den Verbraucherstellen 6 führt.
-
Die Turbinen 10 stehen mit Drehzahlmessern 18 a - c in Verbindung,
durch die die Einlaßventile 25 a - c schaltbar sind, die über die Leitungen 20,
21 und 22 mit den Drehzahlmessern in Verbindung stehen. Drehzahlregelungen dieser
Art sind für sich bekannt und müssen nicht im einzelnen geschildert werden.
-
Gemaß der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem gewissen Drebzablabfall
die Turbinen 10 a - c nacheinander abgeschaltet werden. Dies bedeutet, daß bei einem
gewissen Drehzahlabfall zunächst lediglich eine der Turbinen abgeschaltet wird,
nämlich z. B. die Turbine lo c. Die anderen beiden laufen
weiter.
Erst wenn danach ein entsprechender Drehzahlabfall auch bei diesen Turbinen eintritt,
wird eine weitere Turbine stillgelegt usw. Die Zahl der Turbinen ist nicht begrenzt.
Je größer die Zahl der Turbinen oder Expansionsmaschinen ist, desto genauer wird
das zur Verfügung stehende Druckgefälle ausgenutzt. Die von den in Betrieb befindlichen
Turbinen 10 nicht benötigten Gasmengen fließen über die Leitung 12 und das Druckminderventil
13 sowie die Leitung 29 dem Verbraucher 6 zu. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit
der Druckregelung in der Leitung 29 für den Verbraucher 6, die einen bestimmten
sehr niedrigen konstanten Druck führen muß.
-
Die Stillegung einer der Turbinen wird also immer dann erfolgen, wenn
über die Leitung 12 nur verhältnismäßig wenig Gas strömt.
-
Auf diese Weise wird der Spitzenbedarf an Gas gleichzeitig für den
Spitzenbedarf an elektrischer Energie ausgenutzt, die durch die Generatoren 26 a
- c erzeugt wird.
-
Natürlich können alle Turbinen 10 a - c auf einer gemeinsamen Welle
7 angeordnet sein, wozu der Fachmann wahrscheinlich Kupplungen zur Abschaltung vorsehen
wird, das gleiche gilt auch von den Generatoren 26 a - c.
-
Für den Fall, daß an Stelle von Turbinen Expansionsmaschi nen 10 verwendet
werden, kann eine derartige Aufteilung auf eine größere Anzahl von Einheiten sinnvoll
sein, weil diese Expansionsmaschinen nur bis zu einer gewissen größe gebaut werden,
jedoch im Vergleich zu Turbinen vielfach sehr wenig kostenaufwendig sind.
-
Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform, die immer dann bevorzugt
sein wird, wenn ein weiterer Niederdruck-Speicher 32 zur Verfügung steht oder in
Betrieb genommen werden soll, um die im nachfolgenden geschilderten Vorteile in
Anspruch zu nehmen.
-
Die Anordnung im oberen Bereich mit der Ferngasleitung 3 und den beiden
Speichern 5 und 28 ist die gleiche wie in Fig. 1
und muß daher
nicht noch einmal beschrieben werden.
-
Die zum Verbraucher führende Leitung 30 kann jedoch einen wesentlich
größeren Querschnitt aufweisen als die Leitung 27 nach Fig. 1. Sie führt zu der
einzigen Turbine 10 mit dem Generator 26, deren Abgase in den Niederdruck-Speicher
32 geleitet werden, der ein Volumen aufweisen muß, durch das die Tages-Schwankungen
im Gasverbrauch ausgeglichen werden können. Von diesem Niederdruck-Speicher 32 führen
zablreiche Leitungen zu den Verbrauchern 6.
-
Diese Anordnung nach Fig. 2 zeigt aber nicht nur den Vorteil, daß
nur eine Turbine 10 benutzt werden kann, sonder.
-
es kann auch die Spitzen-Verbrauchszeit auf wenige Stuncen beschränkt
werden, wozu natürlich der Hochdruck-Zwischen-Speicher 5 etwas größer ausgelegt
sein muß. Während der Zustrom über die Leitung 2 und den Messer 14 wie gemäß Fig.
1 kontinuierlich ist, kann man in diesem Falle über das Ventil 33 die Turbine 10
nur in echten Spitzen-Verbrauct zeiten einschalten, ohne daß Druckenergie verlorengeht.
-
Sie wird im Zwischenspeicher 5 gespeichert. Dadurch tann
die
Turbine 10 größer sein als andernfalls, weil in äen wenigen Spitzenstromzeiten der
Speicher 5 weitgehend geleert werden kann. Natürlich ist die Turbine 10 mit einer
üblichen Drehzahlregelung versehen, was hier nicht im ein zelnen dargestellt ist,
um den herkömmlichen Generator 26 in bekannter Weise auf der konstanten Drenzahl
während aes Betriebes zu halten. Es kann auch das Druckgefälle hier etwas größer
sein, weil die Leitung 31 nur einen Gegendrück aufweisen muß, der etwas über dem
relativ niedrigen Druck des Behalters 32 liegen muß.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht z. B. die @@@-lichkeit,
den gesamten Tagesverbrauch an Gas durch die Turohne 1G in nur wenigen Spitzenverbrauchsstunden
zu entspan@e@.
-
Selbstverständlich kann diese Anordnung auch mehiaer getroffen sein,
weil in der Regel das Erdgasleitungssystem @e@-Verteiler eine größere Anzani von
Leitungen mit ver6c nen Drücken vorsieht, die für verschiedene Entfernungen restimmt
sind.
-
Der Inhalt des Langzeit-Zwischenspeichers 28 kann über das Ventil
36 und die Leitung 37 im Bedarfsfall ebenfalls der Turbine 10 und dem Niederdruck-Zwischenspeicher
32 zugeführt werden. Wenn es sich bei dem Speicher 28 um einen Flüssiggasspeicher
handelt, so besteht für den Fachmann die Möglichkeit, den Druck in der Leitung 37
auf in etwa die gleiche Höhe zu bringen, wie den in der Leitung 30.
-
Bekanntlich kann dies dadurch geschehen, daß die Flüssiggaspumpe eben
diesen Druck aufbringt, der in der Leitung 37 gewünscht wird. Der Verdampfer sorgt
dann dafür, daß das Gas etwa den gleichen Druck hat. Auf diese Weise besteht ohne
weiteres die Möglichkeit, die Turbine 10 auch in dieses Falle zu verwenden. Dabei
wird das Ventil 33 bevorzugt geschlossen sein.
-
Bei einer weiteren nicht dargesteiiten ausführungsSorm kan der Tages-ZwischensF-eicher
) weggelassen werden. Die Veroraucherleitung 2 ist dann direkt mit der Verbraucherleitung
27 in Fig. 1 verbunden, und hiervon zweigt die zu dem
Langzeit-Zwischenspeicher
28 führende Leitung mit dem Ventil 15 ohne den Zwischenspeicher 5 ab. Dies ist für
den Fachmann verständlich, ohne daß eine zeichnerische Darstellung folgt, zumal
die Anordnung im übrigen auch in Fig. 2 genau die gleiche sein kann.
-
Dies zeigt natürlich zunachst den Nachteil, daß eine Speicherung der
Druckenergie in dem Zwischenspeicher 5, wie zuvor beschrieben, jetzt nicht mehr
möglich ist. Es besteht aber dennoch die Möglichkeit, die gesamte der Ferngasleitung
3 entnommene Gasmenge zu nivellieren, a. h., es können des nachts zusätzliche Gasmengen
über das Ventil 15 entnommen werden, um eine möglichst gleichmäßige Entnahme zu
erzielen. Natürlich werden sich hierdurch die oben erwähnten idealen Verhaltnisse
nicht ermöglichen lassen, bei denen über den gesamten 24-Stunden-Tag immer die gleichen
Gasmengen der Leitung 3 entnommen werden, weil in der Paxis so große Mengen für
den Langzeit-Speicher 28 wohl doch nicht benötigt werden. Es kann aber sicher eine
gewisse stufenweise Angleichung erfolgen, auch ist sBCbstverständlich nicht auszuschließen,
daß die Mengen des
Zwischenspeichers 28 über das Ventil 34 am Tage
zur Deckung des Spitzenbedarfes über das Kraftwerk dem Verbraucher 6 zugeführt werden.
Dies wird besonders im Winter der Fall sein, wie schon erwähnt. In diesem Falle
besteht natürlich durchaus die Möglichkeit, eine völlig konstante Entnahme den 24-Stunden-Tag
über zu erreichen.
-
In diesem Zusammenhang kann erläutert werden, daß eine jede Regelvorrichtung
einen ständigen Vergleich zwischen einem Sollwert und einem Istwert durchführt,
wobei ständig eine Anpassung des Istwertes an den Sollwert vorgenommen wird. Im
vorliegenden Falle wird der Istwert von dem Durchlaufmesser 14 angegeben, während
die Verstellung, also die Anpassung, durch das Regelventil 15 erfolgt. Der Sollwert
kann dagegen erfahrungsgemäß, auch abhängig von der Zeit, gewählt werden. Der Fachmann
kennt den durchschnittlichen Verbrauch in der Vergangenheit und kann deshalb den
Verbrauch für die Zukunft recht genau schätzen.
-
Bei dem zuletzt erwähnten zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
wird wahrscheinlich erforderlich sein, tagsüber zu Zeiten des Spitzenverbrauches
das Ventil 15 geschlossen zu halten. Der Sollwertgeber kann hier in Abhängigkeit
von der Zeit mittels einer Uhr einstellbar sein, so daß nur des nachts die erfindungsgemäße
Regelvorrichtung in Tätigkeit gesetzt wird und zwar mit einem vorgegebenen Sollwert,
der durch die Saison bedingt vom Fachmann unterschiedlich im voraus eingestellt
werden kann. Wie schon erwähnt, sind derartige Xegelvorrichtungen grundsätzlich
bekannt und müssen nicht im einzelnen erläutert werden.
-
In der Leitung 2 kann außer dem Durchlauf-Gasmesser 14 ein noch Ventil,
z. B. ein Xückschlagventil, angeordnet sein, damit der Druck in dem Zwischenbehälter
5 erhalten bleibt, wenn der Druck in der Ferngasleitung 3 abfallen sollte.
-
L e e r s e i t e