DE2832191A1

DE2832191A1 - Anlage zur stromerzeugung

Info

Publication number: DE2832191A1
Application number: DE19782832191
Authority: DE
Inventors: Joseph R Norton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1979-02-22
Also published as: CA1136430A; BR7804717A; JPS5423851A; ZA783782B; FR2399154A1; AU3759778A; AU524523B2; AR219117A1; GB2001395A; GB2001395B

Description

Anlage zur Stromerzeugung

Elektrizität wird im allgemeinen unter Verwendung drehbarer Ausrüstung erzeugt. Die Drehkraft bzw. der Antrieb kann auf verschiedene Weise abgeleitet werden, wobei im allgemeinen ein Brennstoff, gewöhnlich Gas oder Öl in einem Gasturbinen-Generator verwendet wird. Eine andere des öfteren verwendete Vorrichtung besteht als hydraulischer Turbinengenerator, welcher sich der Energie des Druckgefalles eines in erhöhter Lage bestehenden Wasservorrates bedient.

Ein Problem bei der Stromerzeugung und der Verteilung von Strom besteht in den Bedürfnissen der Spitzenbelastungen. Zu diesem Zweck wurden eine Anzahl von Rückpumpeinrichtungen entwickelt. Diese Einrichtungen speichern Energie in Form von Wasserdruck, wobei die Energie während der Perioden benutzt wird, wenn diese am einfachsten und wirtschaftlichsten verfügbar ist, und wenn ein Kapazitätsüberschuss existiert. Die Energie wird für die Bedürfnisse der Spitzenbelastungen wiedergewonnen. Diese Rückpumpeinrichtungen bedienen sich des elektrischen Antriebes zum Antreiben eines Generators, welcher bei Erregung als elektrischer Motor wirkt, um die Turbinen anzutreiben, welche bei Antrieb als Pumpe wirksam sind, um Wasser aus einer tieferen Höhenlage über ein Druckrohr in eine obere Höhenlage anzuheben, gewöhnlich in einen höher liegenden See. Wenn der Wasserstrom umgekehrt ist, dann treibt die Turbine den Generator an, um die Energie wiederzugewinnen. Während die wiedergewonnene Energie immer kleiner ist als die erforderliche Energie, um das Wasser in die erhöhte Position zu

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transportieren, ist trotzdem ein Vorteil darin zu sehen, dass die gespeicherte Energie verfügbar ist, um Spitzenbelastungen in wirtschaftlicher Weise gerecht zu werden, wobei hier ein Vergleich mit den Kosten der Errichtung und der Wartung zusätzlicher Generator-Anordnungen zu ziehen ist.

In den Vereinigten Staaten von Amerika arbeiten die meisten Stromerzeugereinrichtungen derzeit mit einer gewissen Sorte von Brennstoff und arbeiten öfters mit einer Anlage, um Elektrizität mittels einer Gasturbine als Primärantrieb zu erzeugen. Die Gasturbinen arbeiten mit einem Gas-Brennstoffeinlass, gewöhnlich für Erdgas, können jedoch auch umgerüstet werden, um Gas aus der Kohlevergasung zu verwenden oder um flüssigen B renstoff in Dampfform zur Anwendung zu bringen. Um maximalen Wirkungsgrad in der Gasturbine zu erzielen, muss die Luft unter Druck eingespeist werden, derart, dass sie sich mit dem Brennstoff vermischt, so dass die erforderliche Verbrennung zur Erzielung des erforderlichen Energieausganges abgeleitet werden kann. Ein Problem bei der Verwendung von Gasturbinen ist darin zu sehen, dass Druckluft entsteht. Ein beträchtlicher Anteil der Energie, welcher sonst von einem Gasturbinen-Generator verfügbar ist, wird in der Kompression der Luft innerhalb der Gasturbine selbst verwendet.

Davon ausgehend betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer alternativen Vorrichtung zur Erzeugung der Druckluft, die durch einen Gasturbinen-Generator benötigt ist, insbesondere die Kombination eines Gasturbinen-Generators mit einem Wasserturbinen-Generator und einem hydraulischen Luffverdichter als Einrichtung der Verdichtung von Luft für die Verwendung in dem Gasturbinen-Generator. Hydraulische Luftverdichter bzw. -kompressoren sind bekannt,

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die vorliegende Erfindung nicht auf das Konzept eines hydraulischen Kompressors per se abgestellt ist, jedoch in der neuartigen Kombination der hydraulischen und Gasturbinen-Erzeugung von Elektrizität verwirklicht ist, wobei ein hydraulisches Druckgefälle oder hydraulische Energie Verwendung findet, um Druckluft für die Gasturbine zu erzeugen. Die Kombination der durch die Hydraulikanordnung und durch die Gasturbine erzeugten Elektrizität kann verwirklicht werden, um in optimaler Weise den Energiebedürfnissen, den Voraussetzungen des Brennstoff bedarf es und der Brennstoffkosten und der verfügbaren Wassermengen gerecht zu werden.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein System geschaffen werden, mittels welchem elektrische Energie unter kombinierter Verwendung von Wasserkraft und Brennstoff erzeugt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde ein System geschaffen, bei welchem eine in erhöhter Lage befindliche Wassermenge zur Anwendung gelangt, so ein See, als auch eine hydraulische Stromerzeugeranordnung einschliesslich einer Turbine und eines Generators. Eine Druckleitung verbindet die in erhöhter Position befindliche Wassermenge bzw. den Wasservorrat mit der hydraulischen Erzeugereinrichtung. Die Anordnung nach der Erfindung weist ferner eine durch Brennstoff betriebene Gasturbinen-Generatoranordnung mit einem Brennstoffeinlass und einem Druckluftauslass auf. Nahe des Wasservorrates ist eine hydraulische Luftverdichteranordnung vorgesehen. Mittels einer Einrichtung wird ein Wasserstrom aus dem erhöhten Wasservorrat in die Druckluft-Erzeugereinrichtung eingeleitet, um die Druckluft für den Gasturbinen-Generator zu erzeugen und abzuleiten. Ventile in der Druckleitung richten den Strom zwischen dem erhöhten Wasservorrat und dem hydraulischen Luftkompressorsystem.

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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemässen Systems unter Darstellung eines in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrates, eines Turbinen-Generators auf einem Niveau unterhalb des in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrates und unter Darstellung eines Gasturbinen-Generators und eines hydraulischen Luftkomp resso rsy stems;

Fig. 2 ist eine Ansicht eines hydraulischen Luftkompressorsystems, welches in der erfindungsgemässen Anordnung verwendbar ist, wobei das hydraulische Luftkompressorsystem an sich bekannt, jedoch nicht oft verwendet ist; dieses System wird in der erfindungsgemässen Anlage als ein Element in der Kombination verwendet, mittels welcher Strom auf wirtschaftliche Weise erzeugt werden kann;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, wobei in der Y-Achse der zunehmende Kraftausgang pro Einheit von Wasserströmung wiedergegeben ist, während entlang der X-Achse die Zunahme des Strömungsdruckes aufgezeigt ist; es sind die Kurven des Gasturbinen-Ausganges für verschiedene Raten von Druckluft-Eingang zur Turbine und für den Gesamtkraft-Ausgang der kombinierten Gasturbinen- und Hydraulikturbinenanordnung dargestellt; und

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Systems nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Darstellung

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eines in erhöhter Position befindlichen Wasservorrates, eines Gasturbinen-Generators und eines hydraulischen Luftkompressorsystems bei Verwendung des gesamten Strömungs- bzw. Staudruckes, welcher aus dem erhöhten Wasservorrat verfügbar ist.

In Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch ein System nach der Erfindung dargestellt. Eine Wassermenge 10, so ein Reservoir, befindet sich in erhöhter Position und.ist durch einen Damm 12 aufgestaut. Nahe der Wassermenge 10 befindet sich in darunter liegender Position ein hydroelektrisches System 14, welches eine durch Wasser angetriebene Turbine 16 und einen Generator 18 umfasst. Wie nachfolgend erläutert ist, kann der Generator 18 auch als Motor wirken, während die Turbine 16 als Pumpe arbeiten kann. Wasser, welches aus der Turbine 16 herausströmt, fliesst in eine untere Wassermenge 20, welche gegenüber der oberen Wassermenge 10 in unterer Lage besteht. Die obere Wassermenge 10 ist mittels einer Leitung bzw. eines Stollens 22 mit dem hydroelektrischen System 14 verbunden.

Nahe der oberen und unteren Wassermengen 10 und 20 ist eine durch Brennstoff angetriebene Gasturbinen-Generatoranordnung 26 in einer Höhe angeordnet, welche nicht von Bedeutung ist. Die Gasturbinen-Generatoranordnung 26 umfasst eine durch Brennstoff angetriebene Gasturbine 28, an welche ein Generator 30 angeschlossen ist. Die Turbine 28 weist einen Brennstoffeinlass 32 auf, der an einen Brennstoffvorrat angeschlossen ist, als auch einen Drucklufteinlass 34.

Nahe der oberen und unteren Wassermengen 10 und 20 befindet sich ferner ein hydraulisches Luft-Kompressionssystem 36. Dieses um-

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fasst einen Behälter 38, welcher in niedrigerer Position als die Wassermenge 10 besteht und welcher in einer Kaverne in der Erde angeordnet sein kann. Der Behälter 38 ist an eine Wassereinlassleitung 40 angeschlossen. Ein Strömungsrohr 42 ist zwischen der Wassermenge 10 und einem Luftsammler 46 verbunden. Das den Luftsammler 46 passierende Wasser strömt durch die Leitung 40 nach unten in den Behälter bzw. den Kavernenhohlraum 38. Ein Ventil 44 befindet sich im Rohr 42 zwischen dem Luftsammler 46 und der Wassermenge 10. Wasser strömt aus dem Behälter 38 durch eine Auslassleitung 48 und durch eine zweite Leitung 55 zurück in das Druckrohr 22. Ein Ventil 24 befindet sich im Druckrohr 22 zwischen der Verbindung der Leitung 55 mit dem Druckrohr und der Wassermenge 10.

Der Behälter 38 scheidet die Luft aus, welche durch das durch die Leitung 40 nach unten strömende Wasser komprimiert wird. Die Luft wird innerhalb des Behälters 38 freigegeben und sammelt sich im oberen Teil. Das Wasserniveau ist in der Zeichnung mit 52 dargestellt. Die Luft strömt durch die Leitung 54 aus dem Behälter, wobei die Leitung 54 mit dem Einlass 34 der Gasturbine verbunden ist.

In Fig. 2 sind Einzelheiten eines Luft-Kompressionssystems dai— gestellt. Wasser aus der Leitung 42 gelangt in einen offenen Luftsammler 46, welcher so gross dimensioniert ist, dass er nicht überläuft. Der Luftsammler 46 befindet sich an der Oberseite der vertikalen Leitung 40, so dass das in ihm strömende Wasser unmittelbar nach unten durch die Leitung 40 in den Behälter 38 abströmt. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann der Behälter 38 aus jeder beliebigen Kammer sein und ist vorzugsweise als Kaverne in

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der Erde nahe der oberen und unteren Wassermengen 10 und 20 vorgesehen. Um mehr Luft in die Wassersäule einzuschliessen, welche in der Leitung 40 nach unten strömt, können Lufteinlass röhren 58 verwendet werden. Im Bereich der Verbindung der Lufteinlassröhren und der Leitung 40 besteht ein Venturi-System, so dass durch das durch die Leitung 40 nach unten strömende Wasser Luft in die Wassersäule gesogen wird. Wenn sich die Wassersäule in der Leitung 40 nach unten bewegt, wird die darin befindliche Luft komprimiert. Wenn das Wasser aus dem unteren Ende 4OA der Leitung freigegeben wird, trifft es auf den Teiler 60 auf und fliesst innerhalb des Behälters 38 nach oben und rückwärtsgerichtet. Normalerweise ist der Behälter 38 in seiner Proportion zu den Leitungen grosser, als dies in Fig. 2 wiedergegeben ist. Wenn der Druck des durch die Leitung 40 ausströmenden Wassers im Behälter 38 reduziert wird, wird die komprimierte Luft freigegeben und sammelt sich im oberen Teil des Behälters 38 oberhalb des Wasserniveaus 52. Druckluft wird durch die Luftauslassleitung 54 vorstehend beschriebener Konstruktion nach aussen geleitet, während das Wasser durch die Auslassleitung 48 aus dem Behälter 38 abströmt. Zum Verständnis des Aufbaues und der Wirkungsweise hydraulischer Luft-Kompressoren, wird auf die Publikation "Air Compressors", Eugene W. F. Feller, veröffentlicht durch McGraw-Hill, 1944, hingewiesen.

In Fig. 3 sind die verschiedenen Parameter der Arbeitsweise eines hypothetischen Systems bei Verwendung der Anordnungen nach Fig. und 2 aufgezeigt. Die folgenden Kurven sind dargestellt; A ist der Ausgang einer hydraulischen Turbine für einen bestimmten Druck. B ist der Ausgang der hydraulischen Turbine, wenn der Strömungs-

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druck des aus der Wassermenge 10 ausströmenden Wassers in Richtung des hydraulischen Luftkompressors 36 zunimmt. C ist der Ausgang der Gasturbine 26, wenn der Strömungsdruck mit der Luftverdichtung am Lufteinlass 34 auf fünf Atmosphären zunimmt. D ist der gleiche Ausgang bei einem Lufteingang von sechs Atmosphären, während die Kurve E dem Ausgang bei einem Lufteingang von sieben Atmosphären entspricht. F ist der Gesamtausgang des Systems, d.h. der vereinte Kraft-Ausgang, durch Kurve B und C wiedergegeben, wenn der Luftdruck an der Gasturbine fünf Atmosphären beträgt. G entspricht dem Zustand bei sechs Atmosphären und H dem Zustand bei sieben Atmosphären. Diese Drücke sind nur beispielhaft wiedergegeben und können verändert werden, um optimale Strömungsraten und optimalen Ausgang zu erhalten.

Unter gewissen Bedingungen ist es wirtschaftlicher und vorteilhafter, den Strömungs- oder Staudruck durch den hydraulischen Luftverdichter oder Luftkompressor zu erhöhen, um das vollständige Druckgefälle zwischen dem oberen und dem unteren Wasservorrat auszunützen. In Fig. 4 ist ein derartiges System wiedergegeben. Wasser aus der Leitung 42 gelangt in einen offenen Luftsammler 46. Der Luftsammler 46 befindet sich an der Oberseite der vertikalen Leitung 40, so dass das Wasser und die im Wasser mitgerissene Luft durch die Leitung nach unten in den Glockenkessel bzw. -behälter 38 strömt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Glockenbehälter, der aus Stahl bestehen kann, innerhalb einer unterirdischen Kaverne oder Kammer 39. Ein Teiler 60 ist am Auslass der Leitung 40 angeordnet. Beim Aufteilen der Strömung wird innerhalb des Glockenbehälters die mitgerissene Luft vom Wasser abgeschieden und steigt zum oberen Teil des Behälters auf. Eine Leitung 54 ist in offener Verbindung mit dem oberen Teil des Glockenbehälters und überführt die darin einge-

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fangene komprimierte Luft in die Gasturbinen-Generatoranordnung Aus der Leitung 40 strömendes Wasser passiert die Unterkante 39A des Glockenbehälters und gelangt in den Ringraum, welcher durch den Behälter 39 und die Kammer 39 gebildet ist. Aus diesem Ringraum steigt das Wasser über die ringförmige Leitung 48 nach oben. Bei Verwendung des vollständigen Druckgefälles zwischen der Wassermenge 10 und der Wassernnenge 20 ergibt sich ein wesentlich erhöhtes Volumen der Luftströmung und damit ein erhöhtes Ausgang der Gasturbine pro strömender Wassereinheit. Ein Schwimmerventil 70 oder ein entsprechendes Gerät ist vorgesehen und verhindert, dass sich der Behälter 39 vollständig mit Wasser füllt. Ein Sicherheitsrohr ist in offener Verbindung mit der Atmosphäre oberhalb der Wasser— menge 20 und erstreckt sich durch den Glockenbehälter. Dabei endet das Rohr unterhalb des normalerweise im Behälter herrschenden Wasserniveaus, derart, dass Gegendrücke oder Rückschläge als Folge zu starker Druckluftansammlung verhindert sind.

Das in Fig. 1 dargestellte System ist insbesondere als Rückpumpsystem geeignet. Bei dieser Verwendung wird elektrische Energie .a^m Generator 18 angelegt, so dass dieser als Motor wirkt und die Turbine 16 antreibt. Die Turbine arbeitet in diesem Fall als Pumpe. Wasser wird aus der unteren Wassermenge 20 durch das Rohr 22 zurück nach oben in den oberen Wasservorrat 10 gepumpt. Auf diese Weise kann überschüssige elektrische Energie, welche in den Sommermonaten aus brennstoffgetriebenen Quellen während der Stunden von 12 Uhr Mitternacht bis 10 Uhr morgens verfügbar ist, in Form eines Wasserdruckes bzw. Druckgefälles im Wasservorrat 10 gespeichert werden. Wenn zusätzliche Kapazität benötigt ist, so während der Aircondition-Spitzenbelastungen am Nachmittag und am frühen Abend, dann wird Wasser aus dem Wasservorrat 10 durch das

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Druckrohr 22 nach unten geleitet, um die hydraulische Turbine 16 und den Generator 18 anzutreiben. Obwohl eine gewisse Energie verlorengeht, stellt das Pumpen-Rücklauf system eine Einrichtung dar, mittels welcher Energie für Spitzenbedarf wirksam gespeichert wenden kann.

Was die Gasturbinen-Generatoranordnung 26 betrifft, so ist die verfügbare Kapazität in direkter Beziehung zum Druck bzw. der Höhenlage der Wassermenge 10. Im hydraulischen Luftkompressor 36 bestimmt der die Strömung durch den Kompressor verursachende Druck die Luftmenge, welche verdichtbar ist, während der Druck, welchem die Luft ausgesetzt ist, vom Kompressionsdruck abhängt, welcher in dem Luft-Wassei—Trennmechanismus im Behälter 38 ausgeübt wird. Der Kompressionsdruck ist im allgemeinen grosser als der Strömungs- oder Staudruck, so dass es möglich ist, das Wasser durch die Leitung 55 auf ein Niveau zurückzuführen, welches etwas niedriger ist als das Niveau des Wassers, welches durch die Leitung 42 in den Luftverdichter eintritt.

Es ist dieses Merkmal des geringen Strömungsdruckes bzw. geringen Bedarfs an Strömungsdruck, welches es möglich macht, einen hydraulischen Luftverdichter mit einer hydraulischen Turbine zu verwenden, in welcher Wasser benutzt wird, um Luft zu verdichten und um das Wasser auf ein etwas niedrigeres Niveau mittels der gleichen Leitung zurückzuführen, wobei das Wasser wiederum verwendbar ist, um die hydraulische Turbine 16 anzutreiben. In diesem Fall wird die Kapazität der hydraulischen Turbine durch den Strömungsdruck oder Staudruck reduziert, welcher durch den hydraulischen Luftkompressor 36 erforderlich ist. Gleichzeitig wird durch den hydraulischen Luftverdichter kontinuierlich eine Menge von kom-

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primierter Luft verdichtet, welche über die Leitung 54 zur Verwendung im Gasturbinensystem 26 verfügbar ist.

Die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Anordnungen eignen sich insbesondere für die hydroelektrische Industrie zum Erzeugen von Kraft mit Hilfe des Rückpumpsystems. Die Anordnungen sind jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.

Bei Betrieb wird Wasser aus dem erhöht liegenden Wasservorrat 10 abgeleitet und durch Schliessen des Ventils 24 und durch Öffnen der Ventile 44 und 50 umgelenkt, derart, dass das Wasser den hydraulischen Luftverdichter 36 passiert und Luft mit sich reisst, wenn es in das Fallrohr 40 eintritt. Diese Luft wird komprimiert, welcher hydrostatische Druck auch immer am Ende des Rohres im Behälter 38 existiert. Das Fallrohr endet im Behälter 38 und drückt die Luft mit einem Druck aus, der durch den hydrostatischen Druck im Rohr 48 bestimmt ist. Im Behälter 38 sammelt sich die Luft an der Oberseite und wird durch das Rohr 54 abgezogen, während das Wasser in das Rohr 48 eintritt und in das Druckrohr 22 bis unterhalb des Eintrittsniveaus zurückfliesst, wobei dieses Niveau ausreicht, um die erwünschte Strömungsgeschwindigkeit im Luftverdichter aufrechtzuerhalten.

Das durch das Steigrohr 48 und die Leitung 55 zurückgeleitete Wasser ist dann verfügbar, um auf einem reduzierten Niveau in das Rohr 22 zurückgeleitet zu werden, wobei das reduzierte Niveau von dem Strömungsdruck abhängt. Die Druckluft wird zusammen mit Brennstoff in der Gasturbine 26 verbrannt und erzeugt elektrische Kraft, welche zusätzlich zu der durch das hydroelektrische System 14 erzeugten elektrischen Kraft besteht. Die von einer derartigen An-

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Die von einer derartigen Anordnung verfügbare Gesamtkraft ist in den Kurven F, G und H nach Fig. 3 veranschaulicht.

Die Gesamtzunahme des Ausganges beträgt für zur Zeit verfügbare und einsetzbare Bauteile etwa 1,5 bis 3 Mal dem Ausgang des Systems 14 mit hydraulischer Turbine allein, was von dem verfügbaren Strömungs- oder Staudruck abhängt. Diese Zunahme ist natürlich durch Zusatz von Brennstoff an der Gasturbine erreicht. In diesem Fall ist jedoch die Gasturbine 28 im Gegensatz zum herkömmlichen Brayton-Kreislauf, welcher in zentralen Kraftanlagen verwendet wird, vom Kompressor getrennt. Infolgedessen ändern sich die Eigenschaften nach der folgenden Darstellung:

Po a o

Idealer einfacher Kreisprozess der Gasturbine mit hydraulischem Luftverdichter

Idealer einfacher Kreisprozess der Gasturbine bei ~^~ adiabatischem

Verdichter

Druckverhältnis

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Wenn die Gasturbine nicht einen Kompressor antreibt, sondern mit einer konstanten Quelle von Druckluft wie das System 26 nach Fig. angetrieben ist, dann wird die verfügbare Kraft von Kubikmeter Luft pro Sekunde oder von Liter Luft pro Sekunde mit zunehmendem Druckverhältnis ständig grosser. Wenn die Gasturbine den eigenen Kompressor antreibt, besteht ein optimales Druckverhältnis für jede zulässige Temperatur, bei welcher ein maximaler Kraftausgang erreicht wird. Mit immer zunehmenden Druckverhältnissen für eine bestimmte Temperatur reduziert sich der Ausgang eventuell auf Null.

Zusätzlich zu dem grösseren Kraftausgang für die Gasturbine ohne Verwendung eines herkömmlichen Kompressors wird eine wirtschaftliche Verwendung des Brennstoffes erreicht, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass der Brennstoff nicht einem Verdichter zuzuführen ist, wie nach der folgenden Aufzeichnung dargestellt ist:

U)	O)
Xi r—·	3
U)	(η

<ΰ
Ct)	α) Ύ
C	3
ω	ω
I	E
U)	α
C C
ι
m

Idealer einfacher Kreisprozess der Turbine bei adiabatischem Verdichter

Idealer einfacher Kreisprozess der Turbine bei hydraulischem Verdichter

Druckverhältnis

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Weitere Verbesserungen sind mit Hilfe des hydraulischen Luftkompressor-Gasturbinen-Kreislaufes erzielbar, so die sogenannte Rückgewinnung oder Regeneration etc. Das Einfügen eines Regenerators führt, ausgehend von einem gewissen Druckverhältnis an der Turbine, nicht zu einem grösseren Ausgang bzw. einer grösseren Kapazität, sondern führt zu einer beträchtlichen Reduzierung des Brennstoffbedarfes, um dieselbe Ausgangskapazität zu erreichen.

Der theoretische thermodynamische Kreislauf, welcher dem kombinierten hydraulischen Kompressor- und Gasturbinensystem eigen ist, ist insofern als einzigartig anzusehen, als die Ergebnisse einer infiniten Anzahl von Zwischenkühler- und Rekompressionsstufen erzielbar sind, so wie sie in herkömmlichen Anlagen ohne Verwendung dieser zusätzlichen Elemente vorliegen. Der Kreislauf nach dem TS-Diagramm ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Kreislauf wie folgt:

1 -2 Isotherme Verdichtung 2-3 Verbrennung 3-4 Expansion

Norton Kreisprozess

1-2 Adiabatische Verdichtung 2-3 Verbrennung
3—4 Turbinen—Expansion

B ray ton
Kreisprozess

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Somit ist ein System mit einem hydraulischen Luftverdichter 36 und einer Gasturbinenanordnung 26 geschaffen, welche einem hydroelektrischen System 14 übergeordnet sind. Als Gesamtergebnis wird der verfügbare Gesamtausgang eines der Systeme erreicht. Dieses System ist insbesondere für das Rückpumpsystem zur Erzeugung von Spitzenleistungen geeignet, da der Gesamtausgang zwischen 1,5 und 3 Mal so gross ist wie derjenige des hydroelektrischen Systems 14 allein.

Obwohl das vorstehend beschriebene System für Rückpumpbetrieb verwendbar ist, ist es auch für herkömmliche hydroelektrische Turbinen-Generatorsysteme einsetzbar. Der Vorteil besteht hierbei in der Ersparnis der Wasservorräte, da dasselbe Wasser mehr als einmal zur Krafterzeugung verwendbar ist.

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-ZO-

Leerseite

Claims

Licht, Schmidt, Hansmann & Herrmann Patentanwälte

Licht.Schmidt. Hansmann.Herrmann-Postfach701205-8000Mönchen70 * Dipl.-lng. Martirt Licht

Dr. Reinhold Schmidt Joseph R. NORTON DiPL-WiItSCh₁-IrIg. Axel Hansmann

Dipl.-Phys. Sebastian Herrmanrt 724 Skyline Place

Soilwater, Oklahoma 74O74 Atbert-Roßhaupter-Str. 65

80GQ München 70 V.St.A.

Telefon: (089*7603091 Telex: 52t2284patsd Telegramme: Lipatli München

21. Juli 1978 Ho/Lü

PATENTANSPRÜCHE

Anlage zur Stromerzeugung unter Verwendung kombinierter Wasser—und Brennstoffvorräte, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrat (1 0) umfasst, dass sich eine hydraulische Erzeugereinrichtung (16, 18) der Anlage in einer zweiten, tieferen Lage befindet, wobei eine Druckleitung (22) den Wasservorrat (10) und die Erzeugereinrichtung miteinander verbindet, dass d&ir Anlage eine durch Brennstoff angetriebene Gasturbinen-Generatoreinrichtung (26) mit Brennstoff- und Drucklufteinlässen (32, 34) zugeordnet ist, dass sich ein hydraulischer Luffverdichter (36) nahe des Wasservorrates (10) befindet und einen Wassereinlass (40) aufweist, der an den Wasservorrat angeschlossen ist, als auch einen Wasserauslass (48), dessen hydraulische Drucksäule sich unterhalb des Wassereinlasses befindet, während ein Luftauslass (54) des Luftverdichters an den Lufteinlass des Gasturbinen-Generators angeschlossen ist, und dass der Anlage eine Vorrichtung zugeordnet ist, welche die Wasserströmung in die hydraulische Erzeugereinrichtung und in den hydraulischen Luffverdichter als auch die Luftströmung in die Turbinen-Generator-

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- 2 Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ70070010) Postscheck München Nr. 163397-802

einrichtung steuert, derart, dass Elektrizität erzeugt wird, wobei als Energiequellen Wasserkraft und Brennstoff entsprechend den Parametern der Verfügbarkeit und der Wirtschaftlichkeit einsetzbar sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserauslass (48) des hydraulischen Luffverdichters unterhalb des Wasservorrats (10) an die Druckleitung (22) angeschlossen ist.
3. Anlage zur Stromerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Luftverdichter einen unterhalb der Höhenlage des Wasservorrates befindlichen Behälter aufweist, dass eine vertikale Kompressionsleitung an ihrem unteren Ende an den Behälter angeschlossen ist und an ihrem oberen Ende eine Einrichtung aufweist, um Wasser aus dem Wasservorrat aufzunehmen und um die durch die Bewegung des Wassers in die Verdichterleitung mitgerissene Luft aufzufangen, und dass eine Wasserauslassleitung an einem Ende des unteren Teils des Behälters angeschlossen ist, wobei der Behälter und die Leitungen eine Luftsammeikammer im oberen Teil des Behälters bilden, derart, dass ein Ende der Luftauslassleitung mit dem oberen Teil des Behälters in Verbindung steht.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als eine im Erdreich befindliche Speicherkaverne bzw. -kammer besteht.
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter Wasservorrat unterhalb des in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrates befindet, und dass die hydraulische Erzeugereinrichtung aus einer Rückpumpanordnung besteht und verwendbar ist, um

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das Wasser aus dem zweiten Vorrat als Speichermittel in den in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrat zu pumpen.
6. Anlage zur Stromerzeugung unter kombinierter Verwendung von Wasserkraft und Brennstoffvorräten, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage einen in erhöhter Lage befindlichen Wasservorrat aufweist, ferner eine durch Brennstoff angetriebene Turbinen-Generatoreinrichtung, die mit Brennstoff- und Drucklufteinlässen versehen ist, dass sich nahe des Wasservorrates ein hydraulischer Luftverdichter befindet, dessen Wassereinlass mit dem Wasservorrat in Verbindung steht, während der Wasserauslass des Luftverdichters so angeordnet ist, dass die hydraulische Drucksäule desselben unterhalb des Wassereinlasses ist, und dass ein Luftauslass des hydraulischen Luftverdichters an den Turbinen-Generatoreinlass angeschlossen ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Luftverdichter einen unterhalb der Höhenlage des Wasservorrates befindlichen Behälter aufweist, dass eine vertikale Kompressionsleitung an ihrem unteren Ende an den Behälter angeschlossen ist und an ihrem oberen Ende eine Einrichtung aufweist, um Wasser aus dem Wasservorrat aufzunehmen und um die durch die Bewegung des Wassers in die Verdichterleitung mitgerissene Luft aufzufangen, und dass eine Wasserauslassleitung an einem Ende des unteren Teils des Behälters angeschlossen ist, wobei der Behälter und die Leitungen eine Luftsammelkammer im oberen Teil des Behälters bilden, derart, dass ein Ende der Luftauslassleitung mit dem oberenTeil des Behälters in Verbindung steht.

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8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als eine im Erdreich befindliche Speicherkaverne bzw. -kammer besteht.

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