DE4126038A1 - Gas- und dampfturbinenkraftwerk mit einem solarbeheizten dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gas- und Dampfturbinenkraft­ werk mit einem an die Speisewasserversorgung des Dampfturbinen­ kraftwerks angeschlossenen solar beheizten Dampferzeuger.

Durch die Zeitschrift BWK, Band 41 (1989), Nr. 6, Juni, Seite 286 ff, ist es durch den Aufsatz "194 MW Solarstrom mit Rinnen­ kollektoren" von M. Geyer und H. Klaiß bekannt, bei einem fos­ sil beheizten Dampfturbinenkraftwerk einen solar beheizten Dampferzeuger und Überhitzer an die Speisewasserversorgung des Dampfkraftwerks anzuschließen. Dort wird der solar erzeugte Dampf zusätzlich über einen fossil beheizten Überhitzer aufge­ heizt und sodann als Niederdruckdampf in eine separate Dampf­ turbine eingespeist, während der fossil erzeugte Dampf als Hoch­ druckdampf einer anderen Dampfturbine zugeleitet wird (verglei­ che insbesondere Kreislaufdiagramm Bild 2b auf Seite 291). Es ist eine Eigenart dieser Schaltung, daß im solaren Dampfkreis­ lauf nur Niederdruckdampf erzeugt wird, und daß somit der maxi­ male Wirkungsgrad auf Seiten des solaren Dampfkreislaufs nur mäßig sein kann. Darüber hinaus ergibt sich bei verminderter solarer Heizleistung, dann wenn die Dampfmenge, die der Nieder­ druckdampfturbine im solaren Kreislauf zur Verfügung gestellt wird, größenordnungsmäßig etwa 40% der Auslegungsmenge unter­ schreitet, ein überportional starker Wirkungsgradverlust im Be­ reich der Niederdruckdampfturbine. Schwankungen der Heizleistung im Bereich der solaren Dampferzeugung um weit mehr als 50% kom­ men jedoch relativ häufig vor.

Durch die obengenannte Druckschrift ist es auf Seite 291 durch das Bild 2c auch bekannt, bei einem fossil beheizten -Dampfturbi­ nenkraftwerk mit einer Hochdruck- und Niederdruckdampfturbine einen solar beheizten Dampferzeuger und Überhitzer am Speise­ wasserkreislauf des Dampfkraftwerks anzuschließen, um mit die­ sen Hochdruckdampf zu erzeugen. Bei dieser Schaltung sind der solar beheizte Dampferzeuger und der fossil beheizte Dampfer­ zeuger einander parallel geschaltet. Wenngleich bei dieser Kraftwerksschaltung bei voller solarer Leistung ein deutlich besserer Wirkungsgrad der solar zugeführten Heizleistung als bei der eingangs offenbarten Ausführungsform erreicht werden kann, so bleibt doch der Nachteil bestehen, daß bei nachlassen­ der solarer Heizleistung dem fossil erzeugten Hochdruckdampf solar erzeugter Hochdruckdampf geringerer Qualität beigemischt wird. Bei nachlassender solarer Heizleistung läßt sich zwar eine gewisse Kompensation durch stärkeres Überhitzen des fossil erzeugten Hochdruckdampfes erreichen. Dieser Kompensation sind jedoch enge Grenzen gesetzt, weil fossil beheizte Dampferzeuger zur Erzielung eines größtmöglichen Wirkungsgrades ohnedies schon mit dem materialbedingten höchstzulässigen Temperaturen gefahren werden. Beim Unterschreiten einer minimalen solaren Heizleistung, die bei etwa 70% der Nennleistung liegt, führt diese Schaltung zwangsweise zu einer nicht mehr kompensierbaren verminderten Dampfqualität sowohl im Hochdruck- als auch im Niederdrucksystem der Dampfturbine, die mit einem deutlichen Wirkungsgradverlust erkauft wird. Darüber hinaus ist bei sol­ chen Betriebszuständen die Gefahr einer vorzeitigen Auskonden­ sation des Dampfes in der Turbine nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie bei einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk zusätzlich solare Heizleistung mit größtmöglichem Wirkungsgrad eingekoppelt werden kann, ohne daß sich der Wirkungsgrad des Kraftwerks allzusehr verschlechtert, wenn die solare Heizleistung stark abfällt. Zu­ sätzlich soll, unabhängig von der solaren Einstrahlung, eine möglichst konstante elektrische Leistung ins Netz eingespeist werden können. Dabei soll aber die Lösung einen Weg weisen, der die Gefahr einer vorzeitigen Auskondensation des Dampfes in der Dampfturbine bei verminderter solarer Heizleistung vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist das Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit ei­ nem an der Abgasleitung der Gasturbine angeschlossenen Abhitze­ dampferzeuger mit Hochdrucküberhitzer- und Hochdruckverdampfer­ heizflächen ausgerüstet und ist an der Speisewasserversorgung des Dampfturbinenkraftwerks eine Anlage zur solaren Dampferzeugung mit mindestens einem Hochdruckdampferzeuger angeschlossen, des­ sen Hochdruckdampfleitung an den Hochdrucküberhitzerheizflächen des Abhitzedampferzeugers angeschlossen ist. Hierdurch wird er­ reicht, daß die Qualität des der Dampfturbine zuzuführenden Dampfes auch bei schwankender solarer Heizleistung in relativ weiten Grenzen einigermaßen konstant gehalten werden kann. Da­ bei wirkt sich nicht nur aus, daß durch die Mischung sowohl des fossil erzeugten Dampfes mit dem solar erzeugten Dampf bei Nach­ lassen der solaren Heizleistung eine Art Mittelwertbildung er­ folgt. Es wirkt sich auch aus, daß die Wärmeaufnahme aus dem Gasturbinenabgas an den Überhitzerheizflächen mit sinkender Dampftemperatur steigt. Schließlich wirkt sich bei kurzfristi­ gen Schwankungen der solaren Heizleistung auch die thermische Trägheit der Überhitzerheizflächen vergleichmäßigend aus. Alle diese Effekte vermindern die Gefahr einer vorzeitigen Auskon­ densation des Dampfes in der Turbine bei nachlassender solarer Heizleistung. Darüber hinaus ist mit dieser Schaltung auch der Vorteil verbunden, daß bei abnehmender solarer Heizleistung bis hin zum völligen Versiegen derselben, das Gas- und Dampfturbi­ nenkraftwerk über den vom Gasturbinenabgas geheizten Abhitze­ dampferzeuger mit voller Leistung und unveränderter Dampfquali­ tät weiter betrieben werden kann.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann in der Abgasleitung der Gasturbine in Strömungsrichtung vor den Hochdrucküberhitzerheizflächen des Abhitzedampferzeugers eine Zusatzbrennkammer zur weiteren Aufheizung der Abgase der Gas­ turbine eingebaut sein. Hierdurch wird es möglich, den bei nach­ lassender solarer Heizleistung steigenden Wärmebedarf - insbe­ sondere im Bereich der Hochdrucküberhitzerheizflächen - ab zu­ decken und aus der Anlage zur solaren Dampferzeugung stammende Qualitätseinbußen des Dampfes auszugleichen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann der Brennstoff in der Zusatzbrennkammer mit dem Sauerstoff des Gasturbinenab­ gases verbrannt werden. Hierdurch werden nicht nur die Aufwen­ dungen für eine separate Frischlufteinspeisung, sondern auch der durch die Aufheizung der Frischluft erforderliche Wärmever­ lust eingespart.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks mit angeschlossener Anlage zur solaren Dampferzeugung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gas- und Dampfturbinenkraftwerks mit Zusatzfeuerung und mit einem solar beheizten Dampferzeuger.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungs­ gemäßes Kraftwerk 1 bestehend aus einem Gasturbinenkraftwerk 2 sowie einem Dampfturbinenkraftwerk 4, welches einen an der Ab­ gasleitung 6 des Gasturbinenkraftwerks 2 angeschlossenen Abhit­ zedampferzeuger 8 umfaßt und einer Anordnung 10 zur solaren Dampferzeugung, die an dem Dampfturbinenkraftwerk 4 angeschlos­ sen ist.

Das Gasturbinenkraftwerk 2 besteht aus einer Gasturbine 12, einem von der Gasturbine 12 angetriebenen Generator 14 und Luftverdichter 16 und einer zwischen Luftverdichter und Gas­ turbine geschalteten Brennkammer 18 mit Brennstoffleitung 20.

Die Abgasleitung 6 des Gasturbinenkraftwerks ist an den Abhit­ zedampferzeuger 8 des Dampfturbinenkraftwerks angeschlossen. Im Abhitzedampferzeuger 8 erkennt man in Strömungsrichtung des Gas­ turbinenabgases Hochdrucküberhitzerheizflächen 22, Hochdruckver­ dampferheizflächen 24, Hochdruckvorwärmheizflächen 25, Nieder­ drucküberhitzerheizflächen 26, Niederdruckverdampferheizflächen 28 und Speisewasservorwärmerheizflächen 30.

Das Dampfturbinenkraftwerk 4 enthält eine Hochdruckdampfturbine 32 und eine Niederdruckdampfturbine 34, die beide gemeinsam ei­ nen Generator 36 antreiben. Die Niederdruckdampfturbine ist ab­ dampfseitig an einen Kondensator 38 angeschlossen. An den Kon­ densator 38 sind primärseitig eine Kondensatpumpe 46 in Serie zu den Speisewasservorwärmheizflächen 30 des Abhitzedampferzeu­ gers 8 und einem Speisewasserbehälter 48 geschaltet. An den Speisewasserbehälter 48 ist eine Niederdruckspeisewasserpumpe 50 angeschlossen. Diese versorgt das Wasser-Dampf-Trenngefäß 52 des Niederdruckverdampferkreislaufs 54 mit Speisewasser. Letz­ terer umfaßt eine am Wasser-Dampf-Trenngefäß 52 angeschlossene und in Serie zu den Niederdruckverdampferheizflächen 28 geschal­ tete Speisewasserumwälzpumpe 56. Die Niederdruckverdampferheiz­ fläche 28 mündet dampfseitig wieder an das Wasser-Dampf-Trenn­ gefäß 52. Dampfseitig sind an dem Wasser-Dampf-Trenngefäß 52 des Niederdruckverdampferkreislaufes 54 außerdem die Nieder­ drucküberhitzerheizflächen 26 angeschlossen, die in Serie zum Eingang der Niederdruckdampfturbine 34 geschaltet sind. An dem Speisewasserbehälter 48 ist außer der Niederdruckspeisewasser­ pumpe 50 auch eine Hochdruckspeisewasserpumpe 58 angeschlossen, die das Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 des Hochdruckverdampferkreis­ laufs 62 mit Speisewasser versorgt. Zwischen der Hochdruckspei­ sewasserpumpe 58 und dem Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 sind die Hochdruckvorwärmheizflächen 25 geschaltet. Der Hochdruckverdamp­ ferkreislauf 62 umfaßt eine an das Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 angeschlossene Speisewasserumwälzpumpe 64 mit hierzu in Serie geschalteten Hochdruckverdampferheizflächen 24, welche dampf­ seitig wiederum in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 münden. Dampf­ seitig ist das Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 des Hochdruckverdamp­ ferkreislaufs 60 über die Hochdrucküberhitzerheizflächen 22 und die Hochdruckdampfleitung 90 an den Eingang der Hochdruckdampf­ turbine 32 angeschlossen, welche ihrerseits wiederum in Serie zur Niederdruckdampfturbine 34 geschaltet ist. Die Niederdruck­ dampfturbine 34 ist außerdem über eine Anzapfleitung 66 direkt mit einem Wärmetauscher 49 verbunden, der primärseitig in ei­ nem parallel zu den Speisewasservorwärmheizflächen 30 geschal­ teten Zweig 47 der Kondensatleitung 45 eingebaut ist. Der se­ kundärseitige Ausgang dieses Wärmetauschers ist über eine Was­ serpumpe 43 mit dem Speisewasserbehälter 48 verbunden. Außerdem ist die von den Niederdrucküberhitzerheizflächen 26 zur Nieder­ druckdampfturbine 34 führende Niederdruckdampfleitung 67 mit einer Abzweigung 68 versehen, die über ein Drosselventil 69 in den Speisewasserbehälter führt.

Die Anordnung 10 zur solaren Dampferzeugung umfaßt, gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, eine Vielzahl von So­ larpanelen 70 vorzugsweise Rinnensolarkollektoren. Diese sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zu jeweils sechs Stück in Se­ rie geschaltet. Diese Sechsergruppen 71, 72, 73, 74 sind pa­ rallel zueinander geschaltet. Die Solarpanele 70 werden von ei­ nem im Kreislauf geführten Wärmetransportmedium - vorzugsweise Thermoöl - durchströmt. Dieser Primärkreislauf 76 umfaßt in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet einen Dampfüberhit­ zer 78, einen Dampferzeuger 80, zwei in Serie geschaltete Vor­ wärmer 82, 84, eine Primärkreisumwälzpumpe 86 und die parallel geschalteten Sechsergruppen 71, 72, 73, 74 der Solarpanele 70. Die beiden in Serie geschalteten Speisewasservorwärmer 82, 84 sind sekundärseitig über eine Hochdruckspeisewasserpumpe 88 an den Speisewasserbehälter 48 des Dampfturbinenkraftwerks 4 an­ geschlossen. Ausgangsseitig sind sie sowohl im Primärkreislauf als auch im Sekundärkreislauf in Serie mit dem Dampferzeuger 80 und dem Dampfüberhitzer 78 geschaltet. Der Dampfüberhitzer 78 ist ausgangsseitig direkt an die Hochdrucküberhitzerheizflächen 22 des Abhitzedampferzeugers 8 angeschlossen. Dabei ist die An­ schlußstelle 97 im Ausführungsbeispiel nach dem ersten Viertel der Überhitzerheizflächen 22 angeordnet. Außerdem ist im Aus­ führungsbeispiel zu beiden Seiten der Vorwärmer 82, 84 für das Speisewasser eine mit einer Umwälzpumpe 100 ausgerüstete Re­ zirkulationsleitung 94 angeschlossen. Die Drehzahl der Umwälz­ pumpe wird von einem Regler 102 geregelt, der mit einem Tempe­ raturfühler 104 an der Hochdruckdampfleitung der Anlage 10 zur solaren Dampferzeugung verbunden ist.

Beim Betrieb dieses Gas- und Dampfturbinenkraftwerks 1 mit der vorgeschalteten Anordnung zur solaren Dampferzeugung werden der Luftverdichter 16 und der Generator 14 von der Gasturbine 12 angetrieben. Der Verdichter drückt die Luft in die der Gastur­ bine vorgeschaltete Brennkammer 18, in der über die Brennstoff­ leitung 20 zugeführter Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, mit der Verdichterluft verbrannt wird. Die so erzeugten heißen Verbren­ nungsabgase strömen durch die Gasturbine 12 und über die Gastur­ bine in die Abgasleitung 6 und in den Abhitzedampferzeuger 8 des Dampfturbinenkraftwerks 4. Im Abhitzedampferzeuger 8 geben die heißen Abgase der Gasturbine 12 ihre fühlbare Wärme an die di­ versen Heizflächen 22, 24, 26, 28, 30 des Abhitzedampferzeugers 8 ab bevor sie in hier nicht weiter dargestellter Weise ins Freie entlassen werden.

Zugleich wird vom Speisewasserbehälter 48 des Dampfturbinen­ kraftwerks Speisewasser über die Niederdruckspeisewasserpumpe 50 in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 52 des Niederdruckverdampfer­ kreislaufs 54 gepumpt. Die wasserseitig an das Wasser-Dampf- Trenngefäß des Niederdruckverdampferkreislaufs angeschlossene Speisewasserumwälzpumpe 56 pumpt das Speisewasser durch die Niederdruckverdampferheizflächen 28 und von dort wiederum in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 52 des Niederdruckverdampferkreis­ laufs 54 zurück. Der sich im Wasser-Dampf-Trenngefäß des Nie­ derdruckverdampferkreislaufs 54 ansammelnde Dampf strömt über die Niederdrucküberhitzerheizflächen 26 in die Niederdruck­ dampfturbine 34.

Außerdem wird über die Hochdruckspeisewasserpumpe 58 Speisewas­ ser aus dem Speisewasserbehälter 48 über die Hochdruckvorwärm­ heizflächen 25 in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 60 des Hochdruck­ verdampferkreislaufs 62 gepumpt. Von diesem Wasser-Dampf-Trenn­ gefäß 60 wird das Speisewasser von der Speisewasserumwälzpumpe 64 durch die Hochdruckverdampferheizflächen 24 und in das Was­ ser-Dampf-Trenngefäß 60 zurückgepumpt. Der sich im Wasser-Dampf- Trenngefäß ansammelnde Dampf gelangt über die Hochdrucküberhit­ zerheizflächen 22 in die Hochdruckdampfleitung 90 und in den Eingang der Hochdruckdampfturbine 32. Vom Ausgang der Hochdruck­ dampfturbine gelangt der Dampf unmittelbar in den Eingang der Niederdruckdampfturbine 34. Der Abdampf der Niederdruckdampf­ turbine gelangt über die Abdampfleitung 92 in den Kondensator 38 und von dem Kondensator über die Kondensatpumpe 46 in die Speisewasservorwärmheizflächen 30 des Abhitzedampferzeugers 8 und von dort wiederum vorgewärmt in den Speisewasserbehälter 48.

An den Speisewasserbehälter 48 des Dampfturbinenkraftwerks 4 ist außerdem die weitere Hochdruckspeisewasserpumpe 88 ange­ schlossen, die im Ausführungsbeispiel Speisewasser in die bei­ den Vorwärmer 82, 84 und von dort in den Dampferzeuger 80 und den Dampfüberhitzer 78 der Anordnung 10 zur solaren Dampferzeu­ gung pumpt. Die beiden Vorwärmer 82, 84, der Dampferzeuger 80 und der Dampfüberhitzer 78 der Anordnung zur solaren Dampfer­ zeugung werden primärseitig von einem über die Umwälzpumpe 86 im Kreislauf gepumpten Wärmetransportmedium - vorzugsweise ein Thermoöl - durchströmt. Dieses wird in den Rinnen der Solarpa­ nele 70 auf ca. 400°C aufgeheizt und gibt diese seine fühlbare Wärme zunächst in den Dampfüberhitzer 78, sodann in den Verdamp­ fer 80 und schließlich in den beiden Speisewasservorwärmern 82, 84 an das Speisewasser bzw. den Dampf ab. Der den Dampfüberhit­ zer 78 verlassende Hochdruckdampf gelangt über die Hochdruck­ dampfleitung 96 als zusätzlicher Dampf in die Hochdrucküberhit­ zerheizflächen 22 des Abhitzedampferzeugers 8. Die Anschlußstel­ le 97 befindet sich im Ausführungsbeispiel im Anschluß an das erste Viertel der Hochdrucküberhitzerheizflächen. Der solar erzeugte Hochdruckdampf ergänzt bzw. substituiert dort einen Teil des im Abhitzedampferzeuger sonst fossil erzeugten Hoch­ druckdampfes. Das hat zur Folge, daß die Gasturbinenleistung je nach solarer Heizleistung und Auslegung der Anlage auf einen Minimalwert, im Ausführungsbeispiel um ca. 50%, zurückgenommen werden kann.

Weil aber die Kapazität der Speisewasservorwärmheizflächen 30 auf den reinen GuD-Betrieb ausgelegt sind, ist eine zusätzliche Aufheizung von Speisewasser für den solaren Bedarf über den mit Anzapfdampf geheizten Wärmetauscher 49 erforderlich. Dies kann dadurch geschehen, daß über die Anzapfleitung 66 weitgehend entspannter Dampf aus der Niederdruckdampfturbine 34 als Heiz­ medium in den Wärmetauscher 49 geleitet wird und dort zusätz­ liches, über den Zweig 47 der Kondensatleitung 45 in den Spei­ sewasserbehälter gepumptes Kondensat aufheizt. Auch ist aus dem gleichen Grund eine ständige zusätzliche Aufheizung des Speise­ wasserbehälters 48 mit Niederdruckdampf aus der Niederdruck­ dampfleitung 67 nötig und auch möglich. Wegen des Druckunter­ schiedes ist im Ausführungsbeispiel die Verwendung eines Dros­ selventils 69 in der Abzweigung 68 erforderlich.

Es ist nun aber eine Eigenart jeder solaren Energieerzeugung, daß die jeweils verfügbare solare Energie starken kurz- und langzeitigen Schwankungen unterworfen ist. Dies würde bei einer Anlage zur solaren Dampferzeugung zu entsprechenden kurz- und langfristigen Schwankungen der solar erzeugten Dampfmenge und Dampftemperatur führen. Dabei ist insbesondere die nachlassende Dampftemperatur bzw. Dampfqualität im hohen Maße unerwünscht, weil sie zu Auskondensationen in der Dampfturbine führen kann. Um dies zu verhindern, kann in der Anordnung 10 zur solaren Dampferzeugung eine Rezirkulationsleitung 94 vorgesehen werden, die die Hochdruckspeisewasserleitung 98 der Anlage 10 zur sola­ ren Dampferzeugung am Ausgang des Speisewasservorwärmers 84 mit der Hochdruckspeisewasserleitung 98 am Eingang des solaren Spei­ sewasservorwärmers 82 verbindet. In dieser Rezirkulationslei­ tung befindet sich eine drehzahlgeregelte Umwälzpumpe 100. De­ ren Drehzahl wird von einem Regler 102 geregelt, der seine Steuersignale von einem Temperatursensor 104 an der Hochdruck­ dampfleitung 96 empfängt.

Hierdurch wird erreicht, daß bei nachlassender solarer Heiz­ leistung und sich dabei verringernder Dampftemperatur in der Dampfleitung 96 in den beiden Speisewasservorwärmern 82, 84 vermehrt vorgewärmtes Speisewasser wieder mit dem frischen Spei­ sewasser vermischt. Das führt letztendlich dazu, daß bei nach­ lassender solarer Heizleistung innerhalb eines gewissen Regel­ bereichs die Temperatur bzw. Qualität des Dampfes, der dem Dampfturbinenkraftwerk 4 zugeführt wird, auf Kosten der Quanti­ tät in etwa konstant gehalten werden kann. Die nunmehr verringert angebotene solar erzeugte Dampfmenge kann aber durch gleichzei­ tiges Höherfahren des Gasturbinenkraftwerks 2, und damit auch der Heizleistung im Abhitzedampferzeuger 8, kompensiert werden. Die sich bei weiter abnehmender solarer Heizleistung auch zuneh­ mend verschlechternde Dampfqualität wird dabei zunehmen durch die bei zunehmender Gasturbinenleistung steigende Heizleistung im Bereich der Hochdrucküberhitzerheizflächen kompensiert. Die Gefahr einer vorzeitigen Auskondensation von Dampf innerhalb der Dampfturbinen wird so weitgehend vermieden. Bei völligem Ausfall der solaren Dampferzeugung kann bei dieser Kraftwerks­ konzeption die elektrische Energieerzeugung rein fossil erfol­ gen. Um die Qualität, das heißt die Temperatur des der Dampf­ turbine 32 zuströmenden Dampfes, auch bei mäßiger solarer Heiz­ leistung gewährleisten zu können, sind die Hochdrucküberhitzer­ heizflächen 22 etwas größer dimensioniert als bei Gas- und Dampfturbinenanlagen ohne solare Dampfeinspeisung.

Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Variation der Ankopp­ lung eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerks 110 an eine Anord­ nung 116 zur solaren Dampferzeugung. Bei diesem Kraftwerk ist der Aufbau des Gasturbinenkraftwerks 112, bestehend aus einer Gasturbine 14, einem an der Gasturbine angekoppelten Luftver­ dichter 16 und Generator 14 und einer Brennkammer 18 identisch mit dem Aufbau des Gasturbinenkraftwerks 2 in der Fig. 1.

Auch ist das Dampfturbinenkraftwerk 114 in gleicher Weise auf­ gebaut wie das anhand der Fig. 1 für das Dampfturbinenkraft­ werk 4 beschrieben worden ist. Insoweit kann auf die Beschrei­ bungsteile zur Fig. 1 verwiesen werden. Die Anordnung 116 zur solaren Dampferzeugung besteht abweichend vom Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 aus Solarpanelen 117, die direkt vom Speise­ wasser durchströmt werden. Diese Solarpanele 117 sind nach dem Prinzip der Rinnenkollektoren aufgebaut. Sie sind jedoch so ausgestattet, daß das Speisewasser in ihnen verdampfen und der Dampf auch überhitzt werden kann. In hier nicht weiter darge­ stellter Weise sind diese Panele mit Einrichtungen 118 zum zu­ sätzlichen Eindüsen von Speisewasser ausgerüstet, die es ihnen ermöglichen, sich an unterschiedliche solare Heizleistungen an­ zupassen. Schließlich ist das Rohrsystem dieser Solarpanele 117 an den hohen Speisewasser- bzw. Dampfdruck angepaßt.

Die Solarpanele 117 sind daher direkt über die Hochdruckspeise­ wasserpumpe 88 und Hochdruckspeisewasserleitung 98 an den Spei­ sewasserbehälter 48 des Dampfturbinenkraftwerks 114 angeschlos­ sen. Die Hochdruckdampfleitung 119 der Anordnung 116 zur sola­ ren Dampferzeugung ist an die Hochdrucküberhitzerheizflächen 22 des Abhitzedampferzeugers 8 angeschlossen. Die Anschlußstelle 97 befindet sich im ersten Drittel der Hochdrucküberhitzerheiz­ flächen 22. In der Abgasleitung 6 des Gasturbinenkraftwerks 112 ist in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Abhitzedampferzeu­ ger 8 eine Zusatzbrennkammer 121 eingebaut. In diese Zusatz­ brennkammer ist im Ausführungsbeispiel eine Brennstoffleitung 123 mit Brennstoffpumpe 125 angeschlossen. Die Brennstoffpumpe 125 ist im Ausführungsbeispiel drehzahlgeregelt. Ihr ist ein Regler 127 zugeordnet, der an einen an der Hochdruckdampflei­ tung 119 der Anlage 116 zur solaren Dampferzeugung befestigten Temperaturfühler 129 angeschlossen ist. Die Zusatzbrennkammer 121 ist im Ausführungsbeispiel ohne Frischluftanschluß. Der Brennstoff wird direkt in das Gasturbinenabgas eingedüst und mit dem Überschußsauerstoff des Gasturbinenabgases verbrannt. Dies würde auch für gasbefeuerte Gasturbinen gelten.

Das erfindungsgemäße Gas- und Dampfturbinenkraftwerk 110 kann bei voller solarer Heizleistung mit verminderter Gasturbinen­ leistung betrieben. Der solar erzeugte Dampf, der in die Hoch­ drucküberhitzerheizflächen 22 des Abhitzedampferzeugers einge­ leitet wird, substituiert nur einen Teil - ca. 60% - des sonst bei voller Gasturbinenleistung im Abhitzedampferzeuger 8 erzeug­ ten Hochdruckdampfes. Nimmt die solare Heizleistung jedoch ab, so führt das bei der gewählten Art der Solarpanele 117 zunächst nur zu einer verminderter Dampferzeugung ohne sich jedoch allzu­ sehr in der Dampfqualität, das heißt der Dampftemperatur, aus­ zuwirken. In diesem Fall kann die fehlende Dampfmenge und auch verminderte Kraftwerksleistung durch weiteres Hochfahren der Gasturbine 112 kompensiert werden. Denn dadurch kann sowohl mehr elektrische Leistung über den Generator 14 des Gasturbinenkraft­ werks 112 als auch mehr Dampf für das Dampfturbinenkraftwerk 114 in dem Abhitzedampferzeuger 8 erzeugt werden. Wenn dann bei weiter nachlassender solarer Heizleistung auch die Qualität des solar erzeugten Dampfes nachläßt, kann diese durch Zuschalten der Zusatzbrennkammer 121 und dadurch bedingter verstärkter Aufheizung der Hochdrucküberhitzerheizflächen 22 des Abhitze­ dampferzeugers 8 kompensiert werden. Dabei wird die nicht an den Hochdrucküberhitzerheizflächen abgenommene zusätzliche Heizleistung in den nachfolgenden Heizflächen 24, 26, 28, 30 zur vermehrten Dampferzeugung verwendet werden.

Es ist ein besonderer Vorteil dieser Kraftwerkskonzeption, daß der sehr hohe Gesamtwirkungsgrad des fossilen Gas- und Dampf­ turbinenkraftwerkes durch die Zuordnung einer Anlage zur sola­ ren Dampferzeugung unabhängig von deren momentanen Betriebszu­ stand nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Darüber hinaus er­ laubt es diese Konzeption, solar erzeugten Dampf - sofern er erzeugt wird - mit größtmöglichem Wirkungsgrad als Hochdruck­ dampf so einzusetzen, daß er fossilen Brennstoff einspart. In allen Betriebszuständen kann die Kraftwerksnennleistung gewähr­ leistet werden. Darüber hinaus kann die fossile Kraftwerkslei­ stung bei geringem Strombedarf auf etwa 40% der Nennleistung gedrosselt bleiben und zusätzliche elektrische Leistung nur bei zusätzlicher solarer Leistung abgegeben werden.

Claims (10)

1. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (1, 110) mit einem an der Abgasleitung (6) der Gasturbine (12) angeschlossenen Abhitze­ dampferzeuger (8) mit Hochdrucküberhitzer- (22) und Hochdruck­ verdampferheizflächen (24) und mit einem an der Speisewasser­ versorgung (30, 48, 88, 90) des Dampfturbinenkraftwerks (4, 114) angeschlossenen Anlage (10, 116) zur solaren Dampferzeugung mit mindestens einem Hochdruckdampferzeuger (78, 117), dessen Hoch­ druckdampfleitung (96, 119) an den Hochdrucküberhitzerheizflä­ chen des Abhitzedampferzeugers angeschlossen ist.

2. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Abgas­ leitung (6) der Gasturbine (12) in Strömungsrichtung vor den Hochdrucküberhitzerheizflächen (22) des Abhitzedampferzeugers (8) eine Zusatzbrennkammer (121) zur weiteren Aufheizung der Abgase der Gasturbine eingebaut ist.

3. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenn­ stoff in der Zusatzbrennkammer (121) mit dem Sauerstoff des Gasturbinenabgases verbrannt wird.

4. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckdampfleitung (96, 119) der Anlage (10, 116) zur solaren Dampferzeugung im mittleren Teil der Hochdrucküberhit­ zerheizflächen (22) des Abhitzedampferzeugers (8) angeschlossen ist.

5. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Förderleistung der Brennstoffpumpe (125) für die Zusatz­ brennkammer (121) über einen Regler (127) geregelt wird, der seinerseits an einen Temperaturfühler (129) an der Hochdruckdampfleitung (119) der Anlage (116) zur solaren Dampf­ erzeugung angeschlossen ist.

6. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (10) zur solaren Dampferzeugung Solarpanele (70) umfaßt, die von einem Wärmetransportmedium durchströmt werden, welches seine Wärme über Wärmetauscherheizflächen (78, 80, 82, 84) an das Speisewasser abgibt.

7. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speisewasserleitung (98) der Anlage (10) zur solaren Dampferzeugung mit einer mit einer Umwälzpumpe verse­ henen Rezirkulationsleitung (94) im Bereich des Speisewasser­ vorwärmers (82, 84) versehen ist.

8. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (116) zur solaren Dampferzeugung Solarpanele (117) umfaßt, die direkt an die Hochdruckspeisewasserleitung (98) des Dampfturbinenkraftwerks (114) angeschlossen sind.

9. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kondensatleitung (45) parallel zu den Speisewasservor­ wärmheizflächen (30) des Abhitzedampferzeugers (8) weitere, vom Anzapfdampf der Niederdruckdampfturbine (34) beheizte Heizflä­ chen (49) vorgesehen sind.

10. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasserbehälter (48) mit Niederdruckdampf beheizbar ist.