EP1529333A1 - Dynamoelektrischer generator - Google Patents

Dynamoelektrischer generator

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Publication number
EP1529333A1
EP1529333A1 EP03787560A EP03787560A EP1529333A1 EP 1529333 A1 EP1529333 A1 EP 1529333A1 EP 03787560 A EP03787560 A EP 03787560A EP 03787560 A EP03787560 A EP 03787560A EP 1529333 A1 EP1529333 A1 EP 1529333A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
cooling water
cooling
water circuit
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03787560A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Drubel
Reinhard Joho
Armin Schleussinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1529333A1 publication Critical patent/EP1529333A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the present invention relates to the field of power plant technology. It relates to a dynamoelectric generator according to the preamble of claim 1.
  • Such a generator is e.g. known from US-A-5,883,448.
  • the power output of dynamoelectric generators depends on the permissible internal heating of the components. So-called insulation classes limit the absolute value of temperatures. Utilization according to class B or F is usual, which corresponds to a permissible component temperature of 130 or 155 ° C. Exceeding the permissible component temperatures results in accelerated component aging and thus reduced availability and loss of service life.
  • an air-cooled generator for example, can suck in ambient air (so-called open ventilation, OV), force through its components, and release it to the environment when heated.
  • OV open ventilation
  • the Generator follow such a gas turbine power, which also increases with lower ambient air.
  • a closed air circuit inside the generator is often chosen and the power loss is transferred to a separate cooling water circuit via an air-water heat exchanger (generator cooler) (Totally Enclosed Water-Air Cooling, TEWAC).
  • TEWAC totally Enclosed Water-Air Cooling
  • curves A show the dependence of the cooling air inlet temperature on the cold water Input temperature
  • curves B represent the dependency of the generator output power on the cooling air input temperature
  • the relationship between the generator output power and the cold water input temperature can be determined in an exemplary manner on the path marked with two arrows.
  • the cooling water can e.g. in turn can be cooled back in a closed circuit with cooling towers.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to provide in the cooling water circuit in front of the input of the generator cooler a refrigeration-generating refrigeration unit which extracts heat from the cooling water before entering the generator cooler.
  • the cooling water temperature is thus reduced by the upstream cooling unit.
  • Retrofitting in existing systems to adapt to increased turbine output is done by simply inserting the cooling unit or a corresponding heat exchanger before the water enters the generator cooler. No intervention is necessary on the generator itself.
  • Generators for new systems with a standard stem of the refrigeration unit can be made more cost-effective overall. There are advantages in terms of size and mechanical short-circuit torque on the shaft with a slightly lower efficiency.
  • an inexpensive type of cooling of the generator can be pulled up to higher outputs, which has a positive effect on the generator price.
  • the cooling can be carried out by refrigeration systems of various functions, for example absorption or adsorption refrigeration systems and compression refrigeration systems. Surprisingly, when using electrically driven compression refrigeration systems, the additional electrical power required is several times smaller than the additional output achieved the generator terminals.
  • a preferred embodiment of the generator according to the invention which is characterized by particular simplicity, is characterized in that the cooling unit has a cooling generator operated with electrical energy, that the generator is part of a power plant, and that the electrical energy required for the operation of the cooling generator is taken from a power plant's own demand network.
  • a bypass water circuit is provided for the dissipation of the waste heat from the cooling unit, which branches off from the cooling water circuit after the recooling device and flows back into the cooling water circuit behind the cooling water outlet from the generator coolers. This further simplifies the construction of the additional cooling.
  • the arrangement according to the invention becomes particularly compact if, according to another embodiment, a heat exchanger for absorbing the waste heat of the refrigeration unit is arranged in the bypass water circuit, and if the bypass water circuit is structurally integrated with the heat exchanger in the refrigeration unit.
  • the refrigeration unit is connected to a controller which only switches the refrigeration unit on when a predetermined threshold value is exceeded, the generator output being a criterion, a Generator component temperature or the ambient temperature or the cold water temperature can be provided.
  • cooling unit is inserted into the cooling water circuit in such a way that failure of the cooling unit does not hinder the cooling water circuit. In this way, a revision can be carried out on the refrigeration unit, the generator continuing to run with the “capability” that can be achieved without a refrigeration unit.
  • an anti-freeze in particular glycol
  • the cooling water temperature at the outlet of the cooling unit can in principle be driven in the negative temperature range, which can significantly expand the operating range if necessary.
  • FIG. 2 shows, in a simplified circuit diagram, a preferred exemplary embodiment for a gas- or air-cooled generator according to the
  • FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment for a gas- or air-cooled generator according to the invention within a power plant 10 in a simplified circuit diagram.
  • the generator 11 with its generator axis 28 is only indicated as a box.
  • Air or another suitable gas e.g., circulates within the closed housing of the generator 11 in one or more gas circuits 12, 12 '. Hydrogen.
  • the gas circuits 12, 12 ' usually pass through the rotor and stator of the generator 11.
  • the gas heated by the heat loss in the interior of the generator 11 is cooled back in one or more generator coolers 13,..., 16.
  • the generator coolers 13, .., 16 are designed as gas-water heat exchangers and are part of an outer cooling water circuit 17a, b. 2, the generator cooler 13, .., 16 are shown lying in parallel.
  • other types of interconnection such as a series connection or a mixed series-parallel connection are also conceivable.
  • the heated cooling water coming from the generator coolers 13, .., 16 is pumped by a pump 18 through a recooling device 19, for example a cooling tower or the like, where it is recooled and returned to the generator cooler 13, .. , 16 fed.
  • a recooling device 19 for example a cooling tower or the like
  • a refrigeration-generating refrigeration unit 20 is inserted, which the cooling water before entering the generator cooler 13, .., 16 heat withdraws or cools it down.
  • the cooling unit 20 only acts on selected partial flows of the cooling water circuit 1 a, b, which flow through the generator coolers 13,... 16.
  • the cooling takes place, for example, via a cooling generator 22 provided in the cooling unit 20, which releases the cooling via a heat exchanger 24 to the cooling water of the cooling water circuit 17b and the heat generated via a further heat exchanger 26 to a bypass water circuit 21, which is provided by the cooling water circuit 17a branches off in front of the cooling unit 20 and from behind the cooling water outlet the generator coolers 13, .., 16 opens again into the cooling water circuit 17b.
  • a further refrigeration generator 23 can be provided which, if necessary, releases refrigeration via a further heat exchanger 25 if the one refrigeration generator 22 should fail.
  • two refrigerators can work simultaneously if necessary.
  • the generator 11 can continue to be operated with its original output if the cooling unit 20 should ever fail because the water flow through the heat exchangers 24, 25 remains undisturbed.
  • an open cooling circuit eg river water
  • the refrigeration unit 20 is operated by electrical energy 27, which is preferably taken from an in-house supply network of the power plant 10.
  • the refrigeration unit 20 is advantageously controlled by a controller 29, which only switches the refrigeration unit 20 on when a predetermined threshold value is exceeded.
  • a threshold value of the generator power or a threshold value of the ambient temperature can be provided as the threshold value.
  • the cooling unit can advantageously be regulated in such a way that the regulation is adapted to the operating state of the generator 1.
  • the use of an ad or absorption refrigeration system is also possible, which is then operated mainly by a coupled heat flow instead of electrical energy. This can originate, for example, from the hot gas part of the generator.
  • the cooling water temperature is lowered in the upstream cooling unit 20.
  • Retrofitting in existing systems to adapt to increased turbine output is accomplished by simply inserting the refrigeration unit 20 before the water enters the generator coolers 13,... 16. No intervention is necessary on the generator 11 itself.
  • Generators 11 for new systems with a standard stem of the refrigeration unit 20 can be carried out more cost-effectively. There are advantages in terms of efficiency and mechanical short-circuit torque on the shaft.
  • an inexpensive type of cooling of the generator can be pulled up to higher outputs, which has a positive effect on the generator price.
  • the additional electrical power requirement for the refrigeration unit 20 operating as a compression refrigeration machine is surprisingly several times smaller than the additional output achieved at the generator terminals (waste or adsorption refrigeration systems can, on the other hand, be operated very economically by using waste heat).
  • the result is a multiplication factor of the order of 50 and larger, by which the achievable additional power of the generator 11 is greater than the required electrical connection power of the refrigeration unit 20.
  • recooling device e.g. cooling tower

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem dynamoelektrischen Generator (11), welcher in seinem Inneren durch einen geschlossenen Gaskreislauf, insbesondere Luftkreislauf, (12, 12') gekühlt wird, der über im Generator (11) angeordnete Generatorkühler (13,..,16) mit einem äusseren Kühlwasserkreis (17a, b) in Verbindung steht, in welchem zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Generatorkühler (13,..,16) eine Rückkühleinrichtung (19) zum Zurückkühlen des erwärmten Kühlwassers angeordnet ist. Bei einem solchen Generator wird mit geringem Aufwand eine deutlich erhöhte Klemmenleistung dadurch erreicht, dass im Kühlwasserkreis (17a, b) zwischen der Rückkühleinrichtung (19) und dem Eingang der Generatorkühler (13,..,16) ein Kälte erzeugendes Kälteaggregat (20) vorgesehen ist, welches dem Kühlwasser vor Eintritt in die Generatorkühler (13,..,16) weitere Wärme entzieht.

Description

BESCHREIBUNG
DYNAMOELEKTRISCHER GENERATOR
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft einen dynamoelektrischen Generator gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Ein solcher Generator ist z.B. aus der US-A-5,883,448 bekannt.
Die Leistungsabgabe von dynamoelektrischen Generatoren ist abhängig von der zulässigen inneren Erwärmung der Komponenten. Sogenannte Isolationsklassen begrenzen den Absolutwert von Temperaturen. Üblich ist eine Ausnützung nach Klasse B oder F, was einer zulässigen Komponententemperatur von 130 bzw. 155 °C entspricht. Eine Überschreitung der zulässigen Komponententemperaturen resultiert in einer beschleunigten Komponentenalterung und damit reduzierter Verfügbarkeit und Lebensdauerverlust. Zur Kühlung kann z.B. ein luftgekühlter Generator Umgebungsluft ansaugen (sog. Open Ventilation, OV), forciert durch seine Komponenten durchpressen und erwärmt wieder an die Umgebung abgeben. Bei kälterer Umgebungsluft ergibt sich die Möglichkeit, über die Vergrösserung des Temperaturhubs zwischen der Kühlluft und der zulässigen Komponententemperatur mehr elektrische Leistung aus der Maschine herauszuholen, ohne die zulässigen Komponententemperaturen zu überschreiten. In erwünschter Weise kann der Generator so einer Gasturbinenleistung folgen, welche ebenfalls mit tieferer Umgebungsluft zunimmt.
Um Verschmutzung im Generatorinneren sowie Verstopfung von Luftfiltern und dadurch eine Verfügbarkeitseinschränkung zu vermeiden, wird häufig ein geschlossener Luftkreislauf im Generatorinnem gewählt, und die Verlustleistung über einen Luft-Wasser- Wärmetauscher (Generatorkühler) an einen separaten Kühlwasserkreis abgegeben (Totally Enclosed Water-Air Cooling, TEWAC). Die sich ergebende Temperaturabhängigkeit der Klemmenleistung (P) von der Kühlwasser- temperatur (Tcw) wird in sog. Capability-Kurven dargestellt (siehe Fig. 1 ), bei denen die Kurven A (Kühler) die Abhängigkeit der Kühlluft-Eingangstemperatur von der Kaltwasser-Eingangstemperatur und die Kurven B die Abhängigkeit der Generator-Ausgangsleistung von der Kühlluft-Eingangstemperatur darstellen, und bei denen auf dem mit zwei Pfeilen markierten Weg der Zusammenhang zwischen Generator-Ausgangsleistung und der Kaltwasser-Eingangstemperatur beispielhaft bestimmt werden kann. Das Kühlwasser kann z.B. seinerseits in einem geschlossenen Kreislauf mit Kühltürmen zurückgekühlt werden.
Es kommt nicht selten vor, dass bereits bestehende Kraftwerke in ihrer Leistung heraufgesetzt werden, indem die Leistung der Turbinen heraufgesetzt wird (sog. „Uprating"). Ein übliches Uprating von Turbinen zu höherer Leistung sollte vom Generator mitgefahren werden können. Der Aufwand für das Uprating sollte möglichst klein sein. In den allermeisten Fällen steht keine kältere Anschlusstemperatur für die Generatorkühler zur Verfügung. Eine Umrüstung auf eine höhere Tem- peraturklasse erfordert den Austausch von Komponenten und ist kostspielig und zeitraubend, ebenso der Ersatz des ganzen Generators. Das Überdimensionieren des Generators von Anfang an, mit dem Ziel der späteren Leistungsanpassung, ist kostspielig. Hier offenbart sich ein Nachteil für Generatoren der beschriebenen Art.
Bei Neuanlagen kann es sein, dass aufgrund der geforderten Leistungsdaten knapp die Verwendung einer anderen Generatorbauart mit grösserer Komplexität und höheren Sicherheitsanforderungen (z.B. innere Generatorkühlung mit Was- serstoff) nötig ist. Der Generator verursacht dann einen Kostensprung und beeinträchtigt die gesamte Attraktivität des Kraftwerks.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Generator mit einer Kühlung insbesondere nach dem TEWAC-Prinzip zu schaffen, welcher die Nachteile bekannter Lösungen vermeidet und sich insbesondere durch eine erhöhte Leistungsausbeute bei ver- gleichsweise geringem Zusatzaufwand und eine grosse Flexibilität im Einsatz auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, im Kühlwasserkreis vor dem Eingang der Generatorkühler ein Kälte erzeugendes Kälteaggregat vorzusehen, welches dem Kühlwasser vor Eintritt in die Generatorkühler Wärme entzieht. Die Kühlwassertemperatur wird so durch das vorgeschaltete Kälteaggregat abgesenkt. Eine Umrüstung in bestehenden Anlagen zur Anpassung an gesteigerte Turbinenleistung erfolgt durch simples Einfügen des Kälteaggregats oder eines entsprechenden Wärmetauschers vor den Wassereintritt zu den Generatorkühlern. Am Generator selbst ist kein Eingriff nötig.
Generatoren für Neuanlagen mit serienmässigem Vorbau des Kälteaggregats können insgesamt kostengünstiger ausgeführt werden. Es ergeben sich Vorteile be- züglich Baugrösse und mechanischem Kurzschlussmoment auf die Welle bei geringfügig kleinerem Wirkungsgrad. Darüber hinaus kann eine kostengünstige Kühlart des Generators zu höheren Leistungen hinaufgezogen werden, was sich positiv auf den Generatorpreis auswirkt. Die Kühlung kann durch Kälteanlagen verschiedener Funktionsweise erfolgen, z.B. Absorptions- oder Adsorptionskälteanla- gen sowie Kompressionskälteanlagen. In überraschender weise ist dabei beim Einsatz elektrisch angetriebener Kompressionskälteanlagen der Mehrbedarf an elektrischer Leistung um ein Mehrfaches kleiner, als die erzielte Mehrleistung an den Generatorklemmen. Es resultiert bei grossen luftgekühlten Generatoren in der Leistungsklasse von über 200 MW beispielsweise ein Multiplikationsfaktor in der Grössenordnung von 50 und höher, um welchen die erzielbare Mehrleistung des Generators grösser ist als die benötigte elektrische Anschlussleistung des Kälte- aggregats. Dieser verblüffend hohe Multiplikationsfaktor ist auf den inhärent hohen Wirkungsgrad solcher Generatoren zurückzuführen, welcher im Bereich von 99% liegt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Generators nach der Erfindung, die sich durch besondere Einfachheit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat einen mit elektrischer Energie betriebenen Kälteerzeuger aufweist, dass der Generator Teil eines Kraftwerkes ist, und dass die für den Betrieb des Kälteerzeugers benötigte elektrische Energie aus einem Eigenbedarfsnetz des Kraftwerkes entnommen wird.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für die Abfuhr der Verlust-Abwärme des Kälteaggregats ein Bypass-Wasserkreis vorgesehen, welcher aus dem Kühlwasserkreis nach der Rückkühleinrichtung abzweigt und hinter dem Kühlwasseraustritt aus den Generatorkühlern wieder in den Kühlwas- serkreis einmündet. Hierdurch wird der Aufbau der zusätzlichen Kühlung weiter vereinfacht.
Besonders kompakt wird die erfindungsgemässe Anordnung, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung in dem Bypass-Wasserkreis ein Wärmetauscher zur Auf- nähme der Verlust-Abwärme des Kälteaggregats angeordnet ist, und wenn der Bypass-Wasserkreis mit dem Wärmetauscher baulich in das Kälteaggregat integriert ist.
Eine Betauung im Generator kann sicher vermieden werden, wenn gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Kälteaggregat mit einer Steuerung verbunden ist, welche das Kälteaggregat erst zuschaltet, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird, wobei als Kriterium die Generatorleistung, eine Generatorkomponenten-Temperatur oder die Umgebungstemperatur oder die Kaltwassertemperatur vorgesehen sein kann.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Kälteaggregat in den Kühlwasserkreis so eingefügt ist, dass ein Ausfall des Kälteaggregats den Kühlwasserkreis nicht behindert. Auf diese Weise kann eine Revision am Kälteaggregat vorgenommen werden, wobei der Generator mit der ohne Kälteaggregat erreichbaren „Capability" weiterläuft.
Weiterhin lassen sich kühlungsbedingte Betriebsunterbrüche vermeiden, wenn das Kälteaggregat redundant aufgebaut ist.
Wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dem Kühlwasser des Kühlwasserkreises ein Frostschutzmittel, insbesondere Glykol, beigemischt ist, er- gibt sich eine prinzipielle Fahrbarkeit der Kühlwassertemperatur am Austritt des Kälteaggregats im negativen Temperaturbereich, was im Bedarfsfall den Betriebsbereich deutlich erweitern kann.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammen- hang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 Capability-Kurven eines beispielhaften Generators mit TEWAC-
Kühlung; und Fig. 2 in einem vereinfachten Schaltschema ein bevorzugtes Ausfüh- rungsbeispiel für einen gas- bzw. luftgekühlten Generator nach der
Erfindung. WEGE ZUR AUSFUHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 2 ist in einem vereinfachten Schaltschema ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen gas- bzw. luftgekühlten Generator nach der Erfindung innerhalb eines Kraftwerks 10 dargestellt. Der Generator 11 ist mit seiner Generatorachse 28 nur als Kasten angedeutet. Innerhalb des geschlossenen Gehäuses des Generators 11 zirkuliert in einem oder mehreren Gaskreisläufen 12, 12' Luft oder ein anderes geeignetes Gas, z.B. Wasserstoff. Die Gaskreisläufe 12, 12' gehen dabei üblicherweise durch Rotor und Stator des Generators 11. Das durch die Verlust- leistungs-Wärme im Inneren des Generators 11 erwärmte Gas wird in einem oder mehreren Generatorkühlern 13,..,16 zurückgekühlt. Die Generatorkühler 13,..,16 sind als Gas-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet und Teil eines äusseren Kühlwasserkreises 17a, b. In der Fig. 2 sind die Generatorkühler 13,.., 16 parallel liegend eingezeichnet. Selbstverständlich sind auch andere Arten der Zusammen- Schaltung wie eine Serieschaltung oder eine gemischte Serie-Parallelschaltung denkbar.
Innerhalb des Kühlwasserkreises 17a, b wird das aus den Generatorkühlern 13, ..,16 kommende, erwärmte Kühlwasser mittels einer Pumpe 18 durch eine Rückkühleinrichtung 19, z.B. einen Kühlturm oder dgl., gepumpt, dort rückgekühlt und wieder in die Generatorkühler 13, ..,16 eingespeist. In den Kühlwasserkreis 17a, b ist nun gemäss der Erfindung zwischen dem Kaltwasser-Vorlauf 17a und dem Eingang der Generatorkühler 13,.., 16 ein Kälte erzeugendes Kälteaggregat 20 eingefügt, welches dem Kühlwasser vor Eintritt in die Generatorkühler 13, ..,16 Wärme entzieht, bzw. es abkühlt. Es ist aber auch denkbar und sinnvoll, wenn das Kälteaggregat 20 nur auf ausgewählte Teilströme des Kühlwasserkreises 1 a, b, welche durch die Generatorkühler 13,..,16 fliessen, einwirkt. Die Abkühlung geschieht beispielsweise über einen im Kälteaggregat 20 vorgesehenen Kälteerzeuger 22, der die Kälte über einen Wärmetauscher 24 an das Kühlwasser des Kühl- wasserkreises 17b abgibt und die anfallende Wärme über einen weiteren Wärmetauscher 26 an einen Bypass-Wasserkreis 21 abgibt, der vom Kühlwasserkreis 17a vor dem Kälteaggregat 20 abzweigt und hinter dem Kühlwasseraustritt aus den Generatorkühlern 13, ..,16 wieder in den Kühlwasserkreis 17b einmündet. Um das Kälteaggregat 20 redundant auszuführen, kann neben dem einen Kälteerzeuger 22 ein weiterer Kälteerzeuger 23 vorgesehen werden, der über einen weiteren Wärmetauscher 25 im Bedarfsfall Kälte abgibt, wenn der eine Kälteerzeuger 22 ausfallen sollte. Alternativ können im Bedarfsfall zwei Kälteerzeuger gleichzeitig arbeiten. Wegen der im Kälteaggregat 20 eingesetzten Wärmetauscher 24, 25 kann der Generator 11 mit seiner ursprünglichen Leistung weiterbetrieben werden, wenn das Kälteaggregat 20 einmal ausfallen sollte, weil der Wasserdurchfluss durch die Wärmetauscher 24, 25 ungestört bleibt. Neben dem in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Kühlwasserkreis 17a, b kann aber auch ein offener Kühlkreislauf (z.B. Flusswasser) zur Anwendung gelangen.
Das Kälteaggregat 20 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch elektrische Energie 27 betrieben, die vorzugsweise aus einem Eigenbedarfsnetz des Kraft- Werkes 10 entnommen wird. Das Kälteaggregat 20 wird vorteilhaft von einer Steuerung 29 gesteuert, welche das Kälteaggregat 20 erst zuschaltet, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird. Als Schwellwert kann dabei ein Schwellwert der Generatorleistung oder ein Schwellwert der Umgebungstemperatur vorgesehen sein. Das Kälteaggregat kann dabei vorteilhafterweise derart geregelt sein, dass die Regelung dem Betriebszustand des Generators 1 angepasst ist. Selbstverständlich ist auch der Einsatz einer Ad- oder Absorptionskälteanlage möglich, die dann statt mit elektrischer Energie überwiegend durch einen eingekoppelten Wärmestrom betrieben wird. Dieser kann beispielsweise aus dem Warmgasteil des Generators stammen.
Die Kühlwassertemperatur wird in dem vorgeschalteten Kälteaggregat 20 abgesenkt. Eine Umrüstung in bestehenden Anlagen zur Anpassung an gesteigerte Turbinenleistung erfolgt durch simples Einfügen des Kälteaggregats 20 vor den Wassereintritt zu den Generatorkühlern 13,..,16. Am Generator 11 selbst ist kein Eingriff nötig. Generatoren 11 für Neuanlagen mit serienmässigem Vorbau des Kälteaggregats 20 können kostengünstiger ausgeführt werden. Es ergeben sich Vorteile bezüglich Wirkungsgrad und mechanischem Kurzschlussmoment auf die Welle. Darüber hinaus kann eine kostengünstige Kühlart des Generators zu höheren Leistungen hinaufgezogen werden, was sich positiv auf den Generatorpreis auswirkt.
Wie bereits erwähnt ist in überraschender Weise der Mehrbedarf an elektrischer Leistung für das als Kompressionskältemaschine arbeitende Kälteaggregat 20 um ein Mehrfaches kleiner als die erzielte Mehrleistung an den Generatorklemmen (Ab- oder Adsorptionskälteanlagen können andererseits durch Nutzung von Abwärme sehr kostengünstig betrieben werden).
Es resultiert ein Multiplikationsfaktor in der Grössenordnung von 50 und grösser, um welchen die erzielbare Mehrleistung des Generators 11 grösser ist als die be- nötigte elektrischen Anschlussleistung des Kälteaggregats 20.
Dieser verblüffend hohe Multiplikationsfaktor ist auf den inhärent hohen Wirkungsgrad des Generators zurückzuführen, welcher im Bereich von 99% liegt. Deshalb weist die Erfindungsidee ihre frappanten Vorteile nur in diesem beschriebenen An- Wendungsbereich für Generatoren auf. Andere Energiewandler, welche wirkungs- gradmässig schlechter liegen, wie z.B. Turbinen, können mit der beschriebenen Idee nicht behandelt werden, weil das Kälteaggregat viel zu gross und unwirtschaftlich würde.
Das nachfolgende zahlenmässige Beispiel für einen luftgekühlten 240MW-Gene- rator vom Typ TEWAC der Anmelderin ergibt folgende Daten:
ohne Kälteaqqreqat 20: Generator Kaltluft: 40 °C Generatorleistung: 240 MW Kühlwasserbedarf: 0,05 m3/s Generatorverluste total: 2960 kW mit Kälteaqqreqat 20 (Kompressionskälteanlaqe): Kälteleistung: 1050 kW
Absenkung Kaltwasservorlauf Generator: -5 K Generator Kaltluft: 35 °C Generatorleistung: 251 MW
Generatorverluste total: 3050 kW Kälteaggregat-Leistungsziffer: 5 El. Leistungsaufnahme: 1050/5=210 kW Abgegebene Leistung an sep. Kühlkreis: 1050+210=1260 kW Beispiel: Bypass-Wassermenge: 0.005 m3/s
Aufwärmung Bypasskreis: +60K (ohne Auswirkung auf den Generator)
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Kraftwerk
11 Generator (dynamoelektrisch)
12,12' Gaskreislauf (Luftkreislauf)
13,..,16 Generatorkühler
17a,b Kühlwasserkreis
18 Pumpe
19 Rückkühleinrichtung (z.B. Kühlturm)
20 Kälteaggregat
21 Bypass-Wasserkreis
22,23 Kälteerzeuger
24,25,26 Wärmetauscher
27 elektrische Energie
28 Generatorachse
29 Steuerung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Dynamoelektrischen Generator (11), welcher in seinem Inneren durch einen geschlossenen Gaskreislauf, insbesondere Luftkreislauf, (12, 12') gekühlt wird, der über im Generator (11) angeordnete Generatorkühler (13,..,16) mit einem äusseren Kühlwasserkreis (17a, b) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlwasserkreis (17a, b) vor dem Eingang der Generatorkühler (13,..,16) wenigstens ein Kälte erzeugendes Kälteaggregat (20) vorgesehen ist, welches dem Kühlwasser vor Eintritt in die Generatorkühler (13, ..,16) weitere Wärme ent- zieht.
2. Generator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) einen mit elektrischer Energie betriebenen Kälteerzeuger (22, 23) aufweist, dass der Generator (11) Teil eines Kraftwerkes (10) ist, und dass die für den Betrieb des Kälteerzeugers (22, 23) benötigte elektrische Energie (27) aus einem Eigenbedarfsnetz des Kraftwerkes (10) entnommen wird.
3. Generator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) einen mit Abwärme betriebenen Kälteerzeuger (22, 23) nach dem Ad- oder Absorptionsprinzip aufweist.
4. Generator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlwasserkreis (17a, b) eine Rückkühleinrichtung (19) angeordnet ist und dass für die Abfuhr der Verlust-Abwärme des Kälteaggregats (20) ein Bypass- Wasserkreis (21) vorgesehen ist, welcher aus dem Kühlwasserkreis (17a) nach der Rückkühleinrichtung (19) abzweigt und vorzugsweise hinter dem Kühlwasseraustritt aus den Generatorkühlern (13,..,16) wieder in den Kühlwasserkreis (17b) einmündet.
5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bypass-Wasserkreis (21) ein Wärmetauscher (26) zur Aufnahme der Verlust-Ab- wärme des Kälteaggregats (20) angeordnet ist, und dass der Bypass-Wasserkreis (21) mit dem Wärmetauscher (26) baulich in das Kälteaggregat (20) integriert ist.
6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) mit einer Steuerung (29) verbunden ist, welche das
Kälteaggregat (20) erst zuschaltet, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird.
7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium für den Schwellwert die Generatorleistung vorgesehen ist.
8. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium für den Schwellwert eine Generatorkomponenten-Temperatur oder die Umgebungstemperatur oder die Kaltwassertemperatur vorgesehen ist.
9. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) in den Kühlwasserkreis (17a, b) so eingefügt ist, dass ein Ausfall des Kälteaggregats (20) den Kühlwasserkreis (17a, b) nicht behindert.
10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) redundant aufgebaut ist.
11. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlwasser des Kühlwasserkreises (17a, b) ein Frostschutzmittel, insbesondere Glykol, beigemischt ist.
12. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11) mit Wasserstoff gekühlt ist.
13. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11) eine Mehrzahl von Generatorkühlern (13,.., 16) aufweist, welche innerhalb des Kühlwasserkreises (17a, b) von Teilströmen durch- flössen werden, und dass das Kälteaggregat (20) nur auf ausgewählte Teilströme des Kühlwasserkreises (17a, b) einwirkt.
14. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich- net, dass der Kühlwasserkreis (17a, b) ein geschlossener Kühlkreislauf ist.
15. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwasserkreis (17a, b) ein offener Kühlkreislauf ist.
16. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (20) derart geregelt ist, dass die Regelung dem Be- triebszustand des Generators (11) angepasst ist.
EP03787560A 2002-08-16 2003-07-30 Dynamoelektrischer generator Withdrawn EP1529333A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH14102002 2002-08-16
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