EP3567226A1 - Discharge device for a motor vehicle - Google Patents

Discharge device for a motor vehicle Download PDF

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Publication number
EP3567226A1
EP3567226A1 EP19171982.2A EP19171982A EP3567226A1 EP 3567226 A1 EP3567226 A1 EP 3567226A1 EP 19171982 A EP19171982 A EP 19171982A EP 3567226 A1 EP3567226 A1 EP 3567226A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
relief
line
power plant
heat transfer
transfer medium
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Withdrawn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
EP19171982.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Krüger
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.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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 Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP3567226A1 publication Critical patent/EP3567226A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat

Definitions

  • the present invention relates to a relief device for a power plant, in which a fluid heat transfer medium is supplied via a fluid line to a functional unit.
  • the present invention relates to a power plant, for example a solar-hybrid power plant or an adiabatic compressed air storage power plant comprising a fluid line and a functional unit, wherein the functional unit via the fluid line, a fluid heat transfer medium is supplied.
  • a power plant for example a solar-hybrid power plant or an adiabatic compressed air storage power plant comprising a fluid line and a functional unit, wherein the functional unit via the fluid line, a fluid heat transfer medium is supplied.
  • the present invention relates to a use.
  • Object of the present invention is to provide a relief device for a power plant and a power plant, in which the reliability can be increased if possible in a cost effective manner.
  • a relief device for a power plant, in which a fluid heat transfer medium is supplied via a fluid line to a functional unit, which relief device upstream of the functional unit comprises a branching off from the fluid line relief line, in which a shut-off device for locking and releasing the discharge line is connected , As well as a switched before the shut-off device in the discharge line, from the heat transfer medium in released relief line through-flow thermal storage device for receiving heat from the heat transfer medium.
  • the relief device according to the invention can be used in a power plant of the aforementioned type for the protection of the functional unit come.
  • the functional unit is, in particular, a component in an energy conversion process of the power plant which, in the event of a malfunction, is to be protected against excessive thermal and / or kinetic energy input through the fluidic heat transfer medium.
  • Examples of functional units are turbines, heat exchangers and columns.
  • the relief device on the discharge line with the shut-off device and the thermal storage device. When releasing the discharge line, for example, due to an accident, the fluidic and in particular gaseous heat transfer medium can flow through the discharge line, whereby the sensitive functional unit can be protected.
  • the storage device By providing the storage device, the requirements for the construction of the discharge line and the shut-off device can be considerably reduced.
  • the heat can be released from the energy-laden heat transfer medium to the storage device.
  • This advantageously offers the possibility of avoiding production of the relief line and / or the shut-off device by cost-intensive, highly heat-resistant stainless steels (Inox or the like), as required in the absence of the storage device.
  • the discharge of the fluid mass flow is slowed down via the discharge line as a result of the passage through the storage device. It is gained time to take countermeasures against the accident, if necessary.
  • a temperature resistance of the storage device of more than 500 ° C., preferably of more than 1000 ° C., proves advantageous.
  • the pressure resistance of the storage device is advantageously more than 10 bar, preferably more than 25 bar.
  • the energy storage density of the storage device may be, for example, about 10 to 150 kWh / m 3 or more.
  • Gaseous heat transfer media have the advantage that they are easy to handle and the process temperatures can be very high. adversely however, may be worse heat transfer coefficients than liquid heat transfer media. For a preferred heat transfer from the gaseous heat transfer medium to the storage device large heat transfer surfaces are advantageous.
  • the storage device comprises passages for the heat transfer medium and can be flowed through by this in direct contact.
  • the passages are, for example, intrinsic passages of the storage device, for example due to a porous or sponge-like structure.
  • the passages may be formed as channels in the memory device. The channels can be formed with or without tube register.
  • a refractory and substantially inert design of the storage device is advantageous.
  • the memory device is a regenerator memory or includes such. This is preferably flowed through in direct contact by the heat transfer medium.
  • the use of the regenerator memory allows a cost-effective and also technically simple and reliable construction of the discharge device.
  • natural stone such as basalt or a ceramic material can be used in the regenerator storage.
  • a relatively inexpensive black steel container which is filled with a bed, for example of basalt.
  • Such a Regenerator electrician is very robust, almost maintenance-free and inexpensive to produce.
  • the storage device is a solid storage or a bulk material storage or comprises such.
  • the solid reservoir can have, for example, an intrinsic or artificially formed porosity or channel structure, as a result of which the solid reservoir can be flowed through in direct contact by the heat transfer medium. Passages between the fill can be flowed through by the heat transfer medium in direct contact with the bulk material.
  • a production of the shut-off device at least partially, made of black steel, whereby a cost-effective production of the relief device is possible.
  • the relief line can be made, at least in part, of black steel.
  • the memory device For cooling the memory device, it may be provided that the memory device is passively dischargeable. The heat absorbed by the heat transfer medium can be released without active cooling.
  • the relief device comprises a cooling device with a cooling line and a delivery unit, wherein the storage device, a cooling fluid can be supplied through the cooling line, for receiving heat from the storage device.
  • Heat can be removed from the storage device via the cooling device in a targeted manner.
  • the heat can, for example, be supplied specifically to the original power plant process or another process.
  • the cooling line is coupled to or coupled to a thermal storage device or a heat exchanger of the power plant for discharging heat.
  • the heat can be used to charge the further storage device.
  • the heat can be supplied via the heat exchanger a process of the power plant.
  • the shut-off device opens at too high a temperature and / or high pressure of the heat transfer medium.
  • the selective opening and / or blocking of the relief line can preferably take place in that the relief device comprises a control device which is coupled to a drive member of the shut-off device, and at least one coupled to the control device Sensor element, depending on the signal, the drive member for releasing and / or blocking the discharge line is controlled.
  • the control device can drive the drive member to release the discharge line.
  • a pressure of the heat transfer medium on the functional unit can be detected.
  • the control device can control the drive member to release the discharge line.
  • a volume flow of the heat transfer medium on the functional unit can be detected. If the volume flow is excessive, the control device can actuate the drive member to release the relief line.
  • the functional unit in particular as a gas turbine, it can be provided that its speed can be detected with the at least one sensor element.
  • the control device can control the drive member to release the relief line.
  • a power plant according to the invention which comprises a fluid line, via which a fluid heat transfer medium is fed to a functional unit, as well as a discharge device of the type described above.
  • the power plant may for example be a solar-hybrid power plant, wherein the functional unit is a gas turbine.
  • the power plant may be an adiabatic compressed air storage power plant, wherein the functional aggregate is an expansion turbine.
  • the present invention also relates to a use.
  • a thermal storage device this is connected in a discharge line of a power plant in front of a shut-off, which relief line of a fluid line of the power plant, a functional unit of the same upstream, branches off.
  • FIG. 1 schematically shows a functional diagram of a total occupied by the reference numeral 10 advantageous embodiment of a power plant according to the invention.
  • the power plant 10 is a solar-hybrid power plant, which has for heating a present gaseous heat transfer medium solar receiver 12 and a combustion chamber 14.
  • the solar receivers 12, the heat transfer medium can be supplied for example from a compressed gas reservoir 16 via a feed line 18.
  • a supply of gas compressed by means of a compressor 20 can take place via a supply line 22.
  • the heat transfer medium heated by the solar receivers 12 flows through a fluid line 28 into which an output line 30 of the combustion chamber 14 branches in order to feed it into the fluid line 28 by means of this heated gas.
  • the heat transfer medium is supplied via the fluid line 28 to a functional unit 32 of the power plant 10.
  • the functional unit 32 in the present case is a gas turbine 34, which is operated by the hot heat transfer medium and indirectly or directly drives a generator 36, which feeds a power supply network 38.
  • the power plant 10 comprises a storage device 40, configured for example as a regenerator, which changes from a low-temperature state 42 to a higher-temperature state 44 and vice versa by receiving from heat or release of heat can be transferred.
  • the storage device 40 is fluidly connected to the supply line 18, for this purpose, a delivery unit 46 may be provided, and also with the fluid line 28th
  • the power plant 10 comprises a control device 48, which is at the same time a control device of the overall reference numeral 50 occupied advantageous embodiment of the relief device according to the invention.
  • the control device 48 is connected via not shown in the drawing control lines connected to the lines of the power plant 10 valves in operative connection with the solar receivers 12, the combustion chamber 14, the compressor 20, the gas turbine 34, the storage device 40 and the delivery unit 46 to the Operation of the power plant 10 to control and / or to regulate.
  • the relief device 50 comprises a relief line 52, which branches off the gas turbine 34, preferably immediately upstream of the fluid line 28.
  • the diversion of the remainder of the output line 30 is upstream. Deviating from this, the diversion of the discharge line 52 could be located downstream of the remainder of the output line 30.
  • a shut-off device 54 is connected, which comprises a controllable by the control device 48 via a control line 56 drive member 58. This gives the possibility of selectively releasing or blocking the relief line 52, depending on the state of the shut-off device 54.
  • the relief line 52 is a drain and in particular blow-off line, so that the relief device 50 is a drain device and in particular blow-off device.
  • the relief device 50 further comprises a storage device 60, which the shut-off device 54 preferably immediately upstream of the discharge line 52 is switched.
  • the memory device 60 is configured as a regenerator memory 62.
  • the Regenerator acids 62 can be flowed through with direct release of the heat transfer medium in released relief line 52.
  • 62 passages are formed in the regenerator.
  • the regenerator reservoir 62 comprises a container, for example of black steel, in which a natural stone charge, for example of basalt, is accommodated. Passages between the bulk material are flowed through by the heat transfer medium, which can deliver the heat to the bulk material.
  • the discharge line 52, at least downstream of the regenerator memory 62, as well as the switched into the discharge line 52 components of the shut-off device 54 may be made of inexpensive black steel.
  • the relief line 52 comprises a cooling device 64, which comprises a cooling line 66 and a delivery unit 68.
  • the cooling line 66 serves to supply a cooling fluid to the regenerator reservoir 62, which can be conveyed with the delivery unit 68.
  • the cooling line 66 leads to the storage device 40, whereby the cooling fluid supplied via the cooling line 66 can deliver heat to the storage device 40.
  • the relief device 50 preferably comprises a plurality of sensor elements, of which four sensor elements are shown by way of example.
  • a sensor element 70 arranged on the gas turbine 34 in particular the temperature, the pressure and the volume flow of the heat transfer medium at the gas turbine 34 can be detected.
  • a rotational speed of the gas turbine 34 can be detected.
  • the temperature of the heat transfer medium can be detected at the solar receivers 12.
  • the temperature of the heat transfer medium can be detected at the combustion chamber 14.
  • Signals of the sensor elements 70 to 76 can be supplied to the control device 48 via signal lines.
  • the gas turbine 34 In normal operation, the gas turbine 34 is acted upon by the hot gaseous heat transfer medium. The electrical energy generated by the generator 36 is fed into the power grid 38. The shut-off device 54 blocks the discharge line 52.
  • FIG. 2 shows schematically the regenerator memory 62 in normal operation with locked shut-off device 54.
  • the regenerator memory 62 assumes a non-charged or discharged state.
  • An arranged in the flow direction of the heat transfer medium behind the gas turbine 34 and controllable by the control device 48 shut-off device 78 assumes an open state.
  • the discharge line 52 can be selectively released by driving the drive member 58.
  • the shut-off device 78 can be blocked.
  • the heat transfer medium flows through the regenerator 62 and gives off heat to this, so that this is converted into a charged state ( FIG. 3 ).
  • the heat transfer medium which cools when passing through the regenerator reservoir 62 flows through the remaining discharge line 52 and the shut-off device 54 at a significantly reduced temperature.
  • the requirements for the design of the discharge line 52 and the shut-off device 54 can be reduced as a result.
  • production from black steel is possible.
  • a production of cost-intensive high-strength stainless steels such as Inox is not required.
  • the saved here manufacturing costs are only partially needed for the additional regenerator 62, which is very robust and virtually maintenance-free and can be produced inexpensively.
  • the heat of the heat transfer medium is slowly absorbed.
  • the associated latency may optionally be used to take any action against the incident. Notwithstanding conventional power plants in particular no explosive blowing off of the heat transfer medium takes place.
  • the cause of an accident can be, for example, too high a temperature of the heat transfer medium at the gas turbine 34.
  • This too high temperature is due for example to an excessive temperature of the heat transfer medium at the outlet of the solar receiver 12.
  • causes for this are, for example, an incorrect defocusing of mirrors of the solar receiver 12, too low a volume flow from the heat transfer medium from the compressor 20 or too high an inlet temperature of the heat transfer medium into the solar receiver 12.
  • An accident can, for example, also arise because the volume flow of the heat transfer medium to the gas turbine 34 due to a defective compressor 20 and / or its control is too high.
  • a network shedding (load shedding) in the power grid 38 can also occur an accident. This manifests itself, for example, in a too high rotational speed of the gas turbine 34, detected with the sensor element 70.
  • the network disturbance can be detected by means of the sensor element 76.
  • the regenerator 62 can be discharged to a passively passive, in which the regenerator 62 cools without further action.
  • the delivery unit 68 can be activated by the control device 48 to promote a cooling fluid, in particular air, through the cooling line 66.
  • the cooling fluid removes heat from the regenerator storage 62, which can be delivered to the storage device 40 and in this way processes of the power plant 10 can be supplied again.
  • the regenerator memory 62 may be provided with a sensor element 80 for temperature detection, depending on the signal from the control device 48 as needed, the cooling of the regenerator 62 can be controlled and / or regulated.
  • a valve o. ⁇ . May also be arranged, which can be opened and closed by the control device 48 if necessary.
  • FIG. 4 schematically illustrated preferred embodiment of a power plant 90 according to the invention is an adiabatic compressed air storage power plant.
  • the power plant 90 also has the relief device 50 according to the invention. Subsequently, the operation of the power plant 90 will be briefly discussed.
  • the power plant 90 comprises a compressor 94, which is connected in a supply line 92 for a gaseous heat transfer medium, to the output side of which a cooling device 96 is connected, in particular by means of a heat exchanger.
  • a compressor 98 in the supply line 92 further compresses the heat transfer medium.
  • the heat transfer medium can be passed through a valve unit 100 through a preferably configured as a regenerator thermal storage device 102, which is transferred to a charged state. After passing through a further cooling device 104, for example comprising a heat exchanger, the heat transfer medium can be temporarily stored in a volume storage device 106.
  • the heat transfer medium can be removed from the storage device 106 and passed through the storage device 102 and the valve unit 100 in the fluid line 28 to increase the temperature.
  • an expansion turbine 108 is used in the power plant 90. This preferably immediately upstream of the fluid line 28 branches off the discharge line 52.
  • the drawing shows schematically by way of example the sensor element 70 on the expansion turbine 108, with which preferably the temperature, the volume flow and the pressure of the heat transfer medium at the expansion turbine 108 can be detected.
  • speed there is the possibility of speed to detect the expansion turbine 108 and determine, for example, too high a speed due to a load shedding in a power failure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entlastungsvorrichtung für ein Kraftwerk, bei dem ein fluidisches Wärmeträgermedium über eine Fluidleitung (28) einem Funktionsaggregat (32) zugeführt wird, welche Entlastungsvorrichtung (50) dem Funktionsaggregat (32) vorgelagert eine von der Fluidleitung (28) abzweigende Entlastungsleitung (52) umfasst, in die eine Absperreinrichtung (54) zum Sperren und Freigeben der Entlastungsleitung (52) geschaltet ist, sowie eine vor die Absperreinrichtung (54) in die Entlastungsleitung (52) geschaltete, vom Wärmeträgermedium bei freigegebener Entlastungsleitung (52) durchströmbare thermische Speichereinrichtung (60) zur Aufnahme von Wärme vom Wärmeträgermedium. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftwerk und eine Verwendung.The invention relates to a relief device for a power plant, in which a fluidic heat transfer medium is fed via a fluid line (28) to a functional unit (32), which relief device (50) is upstream of the functional unit (32) by a relief line (52) branching off from the fluid line (28) ), into which a shut-off device (54) for blocking and releasing the relief line (52) is connected, as well as a thermal storage device connected upstream of the shut-off device (54) in the relief line (52), through which the heat transfer medium can flow when the relief line (52) is released. 60) to absorb heat from the heat transfer medium. The invention also relates to a power plant and a use.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entlastungsvorrichtung für ein Kraftwerk, bei dem ein fluidisches Wärmeträgermedium über eine Fluidleitung einem Funktionsaggregat zugeführt wird.The present invention relates to a relief device for a power plant, in which a fluid heat transfer medium is supplied via a fluid line to a functional unit.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftwerk, zum Beispiel ein solar-hybrides Kraftwerk oder ein adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk, das eine Fluidleitung und ein Funktionsaggregat umfasst, wobei dem Funktionsaggregat über die Fluidleitung ein fluidisches Wärmeträgermedium zugeführt wird.Moreover, the present invention relates to a power plant, for example a solar-hybrid power plant or an adiabatic compressed air storage power plant comprising a fluid line and a functional unit, wherein the functional unit via the fluid line, a fluid heat transfer medium is supplied.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung.Moreover, the present invention relates to a use.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entlastungsvorrichtung für ein Kraftwerk und ein Kraftwerk bereitzustellen, bei der die Betriebssicherheit nach Möglichkeit auf kostengünstige Weise gesteigert werden kann.Object of the present invention is to provide a relief device for a power plant and a power plant, in which the reliability can be increased if possible in a cost effective manner.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Entlastungsvorrichtung für ein Kraftwerk gelöst, bei dem ein fluidisches Wärmeträgermedium über eine Fluidleitung einem Funktionsaggregat zugeführt wird, welche Entlastungsvorrichtung dem Funktionsaggregat vorgelagert eine von der Fluidleitung abzweigende Entlastungsleitung umfasst, in die eine Absperreinrichtung zum Sperren und Freigeben der Entlastungsleitung geschaltet ist, sowie eine vor die Absperreinrichtung in die Entlastungsleitung geschaltete, vom Wärmeträgermedium bei freigegebener Entlastungsleitung durchströmbare thermische Speichereinrichtung zur Aufnahme von Wärme vom Wärmeträgermedium.This object is achieved by a relief device according to the invention for a power plant, in which a fluid heat transfer medium is supplied via a fluid line to a functional unit, which relief device upstream of the functional unit comprises a branching off from the fluid line relief line, in which a shut-off device for locking and releasing the discharge line is connected , As well as a switched before the shut-off device in the discharge line, from the heat transfer medium in released relief line through-flow thermal storage device for receiving heat from the heat transfer medium.

Die erfindungsgemäße Entlastungsvorrichtung kann bei einem Kraftwerk der vorstehend genannten Art zum Schutz des Funktionsaggregates zum Einsatz kommen. Bei dem Funktionsaggregat handelt es sich insbesondere um eine Komponente in einem Energieumwandlungsprozess des Kraftwerkes, die in einem Störfall vor zu hohem thermischen und/oder kinetischen Energieeintrag durch das fluidische Wärmeträgermedium zu schützen ist. Beispiele für Funktionsaggregate sind Turbinen, Wärmetauscher und Kolonnen. Gemäß der Erfindung weist die Entlastungsvorrichtung die Entlastungsleitung mit der Absperreinrichtung sowie die thermische Speichereinrichtung auf. Bei Freigabe der Entlastungsleitung, beispielsweise aufgrund eines Störfalls, kann das fluidische und insbesondere gasförmige Wärmeträgermedium durch die Entlastungsleitung strömen, wodurch das sensible Funktionsaggregat geschützt werden kann. Durch Vorsehen der Speichereinrichtung können die Anforderungen an die Konstruktion der Entlastungsleitung und der Absperreinrichtung erheblich reduziert werden. Die Wärme kann vom energiegeladenen Wärmeträgermedium an die Speichereinrichtung abgegeben werden. Dies bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, eine Fertigung der Entlastungsleitung und/oder der Absperreinrichtung durch kostenintensive hochwarmfeste Edelstähle (Inox o. ä.), wie sie in Abwesenheit der Speichereinrichtung erforderlich sind, zu vermeiden. Darüber hinaus wird das Ablassen des Fluidmassenstroms über die Entlastungsleitung infolge des Durchgangs durch die Speichereinrichtung verlangsamt. Es wird Zeit gewonnen, gegebenenfalls Gegenmaßnahmen gegen den Störfall zu ergreifen.The relief device according to the invention can be used in a power plant of the aforementioned type for the protection of the functional unit come. The functional unit is, in particular, a component in an energy conversion process of the power plant which, in the event of a malfunction, is to be protected against excessive thermal and / or kinetic energy input through the fluidic heat transfer medium. Examples of functional units are turbines, heat exchangers and columns. According to the invention, the relief device on the discharge line with the shut-off device and the thermal storage device. When releasing the discharge line, for example, due to an accident, the fluidic and in particular gaseous heat transfer medium can flow through the discharge line, whereby the sensitive functional unit can be protected. By providing the storage device, the requirements for the construction of the discharge line and the shut-off device can be considerably reduced. The heat can be released from the energy-laden heat transfer medium to the storage device. This advantageously offers the possibility of avoiding production of the relief line and / or the shut-off device by cost-intensive, highly heat-resistant stainless steels (Inox or the like), as required in the absence of the storage device. In addition, the discharge of the fluid mass flow is slowed down via the discharge line as a result of the passage through the storage device. It is gained time to take countermeasures against the accident, if necessary.

Als vorteilhaft erweist sich beispielsweise eine Temperaturbeständigkeit der Speichereinrichtung von mehr als 500°C, vorzugsweise von mehr als 1000°C.For example, a temperature resistance of the storage device of more than 500 ° C., preferably of more than 1000 ° C., proves advantageous.

Die Druckbeständigkeit der Speichereinrichtung beträgt vorteilhafterweise mehr als 10 bar, vorzugsweise mehr als 25 bar.The pressure resistance of the storage device is advantageously more than 10 bar, preferably more than 25 bar.

Die Energiespeicherdichte der Speichereinrichtung kann beispielsweise ungefähr 10 bis 150 kWh/m3 oder mehr betragen.The energy storage density of the storage device may be, for example, about 10 to 150 kWh / m 3 or more.

Gasförmige Wärmeträgermedien weisen den Vorteil auf, dass diese einfach handhabbar sind und die Prozesstemperaturen sehr hoch sein können. Nachteilig können jedoch schlechtere Wärmeübergangskoeffizienten als bei flüssigen Wärmeträgermedien sein. Für eine bevorzugte Wärmeübertragung vom gasförmigen Wärmeträgermedium auf die Speichereinrichtung sind große wärmeübertragende Flächen von Vorteil.Gaseous heat transfer media have the advantage that they are easy to handle and the process temperatures can be very high. adversely however, may be worse heat transfer coefficients than liquid heat transfer media. For a preferred heat transfer from the gaseous heat transfer medium to the storage device large heat transfer surfaces are advantageous.

Dementsprechend ist es günstig, wenn die Speichereinrichtung Durchgänge für das Wärmeträgermedium umfasst und von diesem im Direktkontakt durchströmbar ist. Auf diese Weise kann Wärme wirkungsvoll auf die Speichereinrichtung übertragen werden. Die Durchgänge sind beispielsweise intrinsische Durchgänge der Speichereinrichtung, beispielsweise aufgrund einer porösen oder schwammartigen Struktur. Alternativ oder ergänzend können die Durchgänge als Kanäle in der Speichereinrichtung gebildet sein. Die Kanäle können mit oder ohne Rohrregister gebildet sein.Accordingly, it is advantageous if the storage device comprises passages for the heat transfer medium and can be flowed through by this in direct contact. In this way, heat can be effectively transferred to the storage device. The passages are, for example, intrinsic passages of the storage device, for example due to a porous or sponge-like structure. Alternatively or additionally, the passages may be formed as channels in the memory device. The channels can be formed with or without tube register.

Eine feuerfeste und im Wesentlichen inerte Ausgestaltung der Speichereinrichtung ist von Vorteil.A refractory and substantially inert design of the storage device is advantageous.

Günstig ist es, wenn die Speichereinrichtung ein Regeneratorspeicher ist oder einen solchen umfasst. Dieser wird vorzugsweise in Direktkontakt vom Wärmeträgermedium durchströmt. Der Einsatz des Regeneratorspeichers erlaubt eine kostengünstige und ebenso technisch einfache wie zuverlässige Konstruktion der Entlastungsvorrichtung. Beim Regeneratorspeicher kann beispielsweise Naturstein wie etwa Basalt oder ein Keramikmaterial zum Einsatz kommen. Denkbar ist der Einsatz eines vergleichsweise kostengünstigen Schwarzstahlbehälters, der mit einer Schüttung, zum Beispiel aus Basalt, befüllt ist. Ein derartiger Regeneratorspeicher ist sehr robust, nahezu wartungsfrei und kostengünstig herstellbar.It is advantageous if the memory device is a regenerator memory or includes such. This is preferably flowed through in direct contact by the heat transfer medium. The use of the regenerator memory allows a cost-effective and also technically simple and reliable construction of the discharge device. For example, natural stone such as basalt or a ceramic material can be used in the regenerator storage. It is conceivable to use a relatively inexpensive black steel container, which is filled with a bed, for example of basalt. Such a Regeneratorspeicher is very robust, almost maintenance-free and inexpensive to produce.

Es kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung ein Feststoffspeicher oder ein Schüttgutspeicher ist oder einen solchen umfasst. Der Feststoffspeicher kann zum Beispiel eine intrinsische oder künstlich gebildete Porosität oder Kanalstruktur aufweisen, wodurch der Feststoffspeicher in Direktkontakt vom Wärmeträgermedium durchströmbar ist. Durchgänge zwischen der Schüttung können vom Wärmeträgermedium im Direktkontakt mit dem Schüttgut durchströmt werden.It can be provided that the storage device is a solid storage or a bulk material storage or comprises such. The solid reservoir can have, for example, an intrinsic or artificially formed porosity or channel structure, as a result of which the solid reservoir can be flowed through in direct contact by the heat transfer medium. Passages between the fill can be flowed through by the heat transfer medium in direct contact with the bulk material.

Bevorzugt ist eine Fertigung der Absperreinrichtung, zumindest teilweise, aus Schwarzstahl, wodurch eine kostengünstige Herstellung der Entlastungsvorrichtung möglich ist. Auch die Entlastungsleitung kann, zumindest teilweise, aus Schwarzstahl gefertigt sein.Preferably, a production of the shut-off device, at least partially, made of black steel, whereby a cost-effective production of the relief device is possible. The relief line can be made, at least in part, of black steel.

Zum Abkühlen der Speichereinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung passiv entladbar ist. Die vom Wärmeträgermedium aufgenommene Wärme kann ohne aktive Kühlung abgegeben werden.For cooling the memory device, it may be provided that the memory device is passively dischargeable. The heat absorbed by the heat transfer medium can be released without active cooling.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Entlastungsvorrichtung eine Kühleinrichtung umfasst mit einer Kühlleitung und einem Förderaggregat, wobei der Speichereinrichtung ein Kühlfluid durch die Kühlleitung zuführbar ist, zum Aufnehmen von Wärme von der Speichereinrichtung. Über die Kühleinrichtung kann der Speichereinrichtung gezielt Wärme entzogen werden. Die Wärme kann beispielsweise dem ursprünglichen Kraftwerksprozess oder einem andersartigen Prozess gezielt zugeführt werden.Alternatively or additionally, it can be provided that the relief device comprises a cooling device with a cooling line and a delivery unit, wherein the storage device, a cooling fluid can be supplied through the cooling line, for receiving heat from the storage device. Heat can be removed from the storage device via the cooling device in a targeted manner. The heat can, for example, be supplied specifically to the original power plant process or another process.

Beispielsweise ist die Kühlleitung mit einer thermischen Speichereinrichtung oder einem Wärmetauscher des Kraftwerks zum Abgeben von Wärme gekoppelt oder koppelbar. Die Wärme kann zum Laden der weiteren Speichereinrichtung eingesetzt werden. Alternativ kann die Wärme über den Wärmetauscher einem Prozess des Kraftwerks zugeführt werden.For example, the cooling line is coupled to or coupled to a thermal storage device or a heat exchanger of the power plant for discharging heat. The heat can be used to charge the further storage device. Alternatively, the heat can be supplied via the heat exchanger a process of the power plant.

Das Freigeben der Entlastungsleitung kann abrupt oder gezielt erfolgen. Im ersten Fall besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass die Absperreinrichtung bei zu hoher Temperatur und/oder zu hohem Druck des Wärmeträgermediums öffnet. Im letzteren Fall kann das gezielte Öffnen und/oder Sperren der Entlastungsleitung vorzugsweise dadurch erfolgen, dass die Entlastungsvorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, die mit einem Antriebsorgan der Absperreinrichtung gekoppelt ist, und mindestens ein mit der Steuereinrichtung gekoppeltes Sensorelement, abhängig von dessen Signal das Antriebsorgan zum Freigeben und/oder Sperren der Entlastungsleitung ansteuerbar ist.Releasing the relief line can be abrupt or targeted. In the first case, for example, there is the possibility that the shut-off device opens at too high a temperature and / or high pressure of the heat transfer medium. In the latter case, the selective opening and / or blocking of the relief line can preferably take place in that the relief device comprises a control device which is coupled to a drive member of the shut-off device, and at least one coupled to the control device Sensor element, depending on the signal, the drive member for releasing and / or blocking the discharge line is controlled.

Mit dem mindestens einen Sensorelement kann beispielsweise eine Temperatur des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat erfassbar sein. Bei überhöhter Temperatur des Wärmeträgermediums kann die Steuereinrichtung das Antriebsorgan zum Freigeben der Entlastungsleitung ansteuern.With the at least one sensor element, for example, a temperature of the heat transfer medium on the functional unit can be detected. At excessive temperature of the heat transfer medium, the control device can drive the drive member to release the discharge line.

In entsprechender Weise kann mit dem mindestens einen Sensorelement ein Druck des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat erfassbar sein. Bei übermäßigem Druck kann die Steuereinrichtung das Antriebsorgan zum Freigeben der Entlastungsleitung ansteuern.In a corresponding manner, with the at least one sensor element, a pressure of the heat transfer medium on the functional unit can be detected. At excessive pressure, the control device can control the drive member to release the discharge line.

In entsprechender Weise kann mit dem mindestens einen Sensorelement ein Volumenstrom des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat erfassbar sein. Bei übermäßigem Volumenstrom kann die Steuereinrichtung das Antriebsorgan zum Freigeben der Entlastungsleitung ansteuern.In a corresponding manner, with the at least one sensor element, a volume flow of the heat transfer medium on the functional unit can be detected. If the volume flow is excessive, the control device can actuate the drive member to release the relief line.

Bei Ausgestaltung des Funktionsaggregates als Turbine, insbesondere als Gasturbine, kann vorgesehen sein, dass deren Drehzahl mit dem mindestens einen Sensorelement erfassbar ist. Bei zu hoher Drehzahl, beispielsweise aufgrund eines Lastabwurfes bei einer Netzstörung, kann die Steuereinrichtung das Antriebsorgan zum Freigeben der Entlastungsleitung ansteuern.In the embodiment of the functional unit as a turbine, in particular as a gas turbine, it can be provided that its speed can be detected with the at least one sensor element. At too high a speed, for example, due to a load shedding in a power failure, the control device can control the drive member to release the relief line.

Die eingangs genannte Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Kraftwerk gelöst, das eine Fluidleitung umfasst, über die ein fluidisches Wärmeträgermedium einem Funktionsaggregat zugeführt wird, sowie eine Entlastungsvorrichtung der voranstehend beschriebenen Art.The object mentioned is achieved by a power plant according to the invention, which comprises a fluid line, via which a fluid heat transfer medium is fed to a functional unit, as well as a discharge device of the type described above.

Die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Entlastungsvorrichtung erwähnt wurden, sind mit dem Kraftwerk ebenfalls erzielbar. Diesbezüglich wird auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen.The advantages that have already been mentioned in connection with the explanation of the relief device according to the invention are also achievable with the power plant. In this regard, reference is made to the above statements.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftwerks ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Entlastungsvorrichtung.Advantageous embodiments of the power plant according to the invention result from advantageous embodiments of the relief device according to the invention.

Das Kraftwerk kann beispielsweise ein solar-hybrides Kraftwerk sein, wobei das Funktionsaggregat eine Gasturbine ist. Bei einer andersartigen Ausführungsform kann das Kraftwerk ein adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk sein, wobei das Funktionsaggregat eine Expansionsturbine ist.The power plant may for example be a solar-hybrid power plant, wherein the functional unit is a gas turbine. In another embodiment, the power plant may be an adiabatic compressed air storage power plant, wherein the functional aggregate is an expansion turbine.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Verwendung. Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung einer thermischen Speichereinrichtung ist diese in eine Entlastungsleitung eines Kraftwerkes vor eine Absperreinrichtung geschaltet, welche Entlastungsleitung von einer Fluidleitung des Kraftwerkes, einem Funktionsaggregat desselben vorgelagert, abzweigt.The present invention also relates to a use. In an inventive use of a thermal storage device, this is connected in a discharge line of a power plant in front of a shut-off, which relief line of a fluid line of the power plant, a functional unit of the same upstream, branches off.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1:
ein schematisches Funktionsschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftwerkes, ausgestaltet als solar-hybrides Kraftwerk, mit einer erfindungsgemäßen Entlastungsvorrichtung;
Figur 2:
eine Detaildarstellung des Kraftwerks aus Figur 1 mit einer einen entladenen Zustand einnehmenden Speichereinrichtung der Entlastungsvorrichtung;
Figur 3:
eine Darstellung entsprechend Figur 2, wobei die Speichereinrichtung einen geladenen Zustand einnimmt; und
Figur 4:
ein schematisches Funktionsschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftwerkes, ausgestaltet als adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk, mit einer erfindungsgemäßen Entlastungsvorrichtung.
The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:
FIG. 1:
a schematic functional diagram of a power plant according to the invention, designed as a solar-hybrid power plant, with a relief device according to the invention;
FIG. 2:
a detailed view of the power plant FIG. 1 a storage device of the unloading device occupying a discharged state;
FIG. 3:
a representation accordingly FIG. 2 wherein the memory device assumes a charged state; and
FIG. 4:
a schematic functional diagram of a power plant according to the invention, designed as an adiabatic compressed air storage power plant, with a relief device according to the invention.

Figur 1 zeigt schematisch ein Funktionsschaltbild einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwerks. Das Kraftwerk 10 ist ein solar-hybrides Kraftwerk, das zum Aufheizen eines vorliegenden gasförmigen Wärmeträgermediums Solarreceiver 12 und eine Brennkammer 14 aufweist. FIG. 1 schematically shows a functional diagram of a total occupied by the reference numeral 10 advantageous embodiment of a power plant according to the invention. The power plant 10 is a solar-hybrid power plant, which has for heating a present gaseous heat transfer medium solar receiver 12 and a combustion chamber 14.

Den Solarreceivern 12 kann das Wärmeträgermedium beispielsweise aus einem Druckgasspeicher 16 über eine Zuführleitung 18 zugeführt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Zufuhr von mittels eines Kompressors 20 verdichteten Gases über eine Zuführleitung 22 erfolgen.The solar receivers 12, the heat transfer medium can be supplied for example from a compressed gas reservoir 16 via a feed line 18. Alternatively or additionally, a supply of gas compressed by means of a compressor 20 can take place via a supply line 22.

Von der Zuführleitung 22 zweigt eine Zuführleitung 24 ab, über die das mittels des Kompressors 20 verdichtete Gas der Brennkammer 14 zugeführt werden kann. Eine weitere Zufuhr von Gas zur Brennkammer 14 kann über eine Zuführleitung 26 erfolgen.From the supply line 22 branches off a supply line 24, via which the compressed by means of the compressor 20 gas of the combustion chamber 14 can be supplied. A further supply of gas to the combustion chamber 14 can take place via a feed line 26.

Das von den Solarreceivern 12 aufgeheizte Wärmeträgermedium durchströmt eine Fluidleitung 28, in die eine Ausgangsleitung 30 der Brennkammer 14 einzweigt um mittels dieser erhitztes Gas in die Fluidleitung 28 einzuspeisen.The heat transfer medium heated by the solar receivers 12 flows through a fluid line 28 into which an output line 30 of the combustion chamber 14 branches in order to feed it into the fluid line 28 by means of this heated gas.

Das Wärmeträgermedium wird über die Fluidleitung 28 einem Funktionsaggregat 32 des Kraftwerks 10 zugeführt. Beim Funktionsaggregat 32 handelt es sich vorliegend um eine Gasturbine 34, die von dem heißen Wärmeträgermedium betrieben wird und mittelbar oder unmittelbar einen Generator 36 antreibt, der ein Energieversorgungsnetz 38 speist.The heat transfer medium is supplied via the fluid line 28 to a functional unit 32 of the power plant 10. The functional unit 32 in the present case is a gas turbine 34, which is operated by the hot heat transfer medium and indirectly or directly drives a generator 36, which feeds a power supply network 38.

Das Kraftwerk 10 umfasst eine Speichereinrichtung 40, beispielsweise ausgestaltet als Regeneratorspeicher, die von einem Zustand niederer Temperatur 42 in einen Zustand höherer Temperatur 44 und umgekehrt durch Aufnahme von Wärme bzw. Abgabe von Wärme überführbar ist. Die Speichereinrichtung 40 ist fluidwirksam mit der Zuführleitung 18 verbunden, hierzu kann ein Förderaggregat 46 vorgesehen sein, sowie ferner mit der Fluidleitung 28.The power plant 10 comprises a storage device 40, configured for example as a regenerator, which changes from a low-temperature state 42 to a higher-temperature state 44 and vice versa by receiving from heat or release of heat can be transferred. The storage device 40 is fluidly connected to the supply line 18, for this purpose, a delivery unit 46 may be provided, and also with the fluid line 28th

Das Kraftwerk 10 umfasst eine Steuereinrichtung 48, bei der es sich zugleich um eine Steuereinrichtung der insgesamt mit dem Bezugszeichen 50 belegten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entlastungsvorrichtung handelt. Die Steuereinrichtung 48 steht über in der Zeichnung nicht dargestellte Steuerleitungen mit in die Leitungen des Kraftwerks 10 geschalteten Ventilen in Wirkverbindung sowie mit den Solarreceivern 12, der Brennkammer 14, dem Kompressor 20, der Gasturbine 34, der Speichereinrichtung 40 und dem Förderaggregat 46, um den Betrieb des Kraftwerks 10 zu steuern und/oder zu regeln.The power plant 10 comprises a control device 48, which is at the same time a control device of the overall reference numeral 50 occupied advantageous embodiment of the relief device according to the invention. The control device 48 is connected via not shown in the drawing control lines connected to the lines of the power plant 10 valves in operative connection with the solar receivers 12, the combustion chamber 14, the compressor 20, the gas turbine 34, the storage device 40 and the delivery unit 46 to the Operation of the power plant 10 to control and / or to regulate.

Die erfindungsgemäße Entlastungsvorrichtung 50 umfasst eine Entlastungsleitung 52, die der Gasturbine 34 vorzugsweise unmittelbar vorgelagert von der Fluidleitung 28 abzweigt. Vorliegend ist die Abzweigung der Einzweigung der Ausgangsleitung 30 vorgelagert. Abweichend hiervon könnte die Abzweigung der Entlastungsleitung 52 der Einzweigung der Ausgangsleitung 30 nachgelagert sein.The relief device 50 according to the invention comprises a relief line 52, which branches off the gas turbine 34, preferably immediately upstream of the fluid line 28. In the present case, the diversion of the remainder of the output line 30 is upstream. Deviating from this, the diversion of the discharge line 52 could be located downstream of the remainder of the output line 30.

In die Entlastungsleitung 52 ist eine Absperreinrichtung 54 geschaltet, die ein von der Steuereinrichtung 48 über eine Steuerleitung 56 ansteuerbares Antriebsorgan 58 umfasst. Dies gibt die Möglichkeit, die Entlastungsleitung 52, je nach Zustand der Absperreinrichtung 54, gezielt freizugeben oder zu sperren.In the discharge line 52, a shut-off device 54 is connected, which comprises a controllable by the control device 48 via a control line 56 drive member 58. This gives the possibility of selectively releasing or blocking the relief line 52, depending on the state of the shut-off device 54.

Die Entlastungsleitung 52 ist eine Ablass- und insbesondere Abblaseleitung, so dass die Entlastungsvorrichtung 50 eine Ablassvorrichtung und insbesondere Abblasevorrichtung ist.The relief line 52 is a drain and in particular blow-off line, so that the relief device 50 is a drain device and in particular blow-off device.

Die Entlastungsvorrichtung 50 umfasst ferner eine Speichereinrichtung 60, die der Absperreinrichtung 54 bevorzugt unmittelbar vorgelagert in die Entlastungsleitung 52 geschaltet ist. Die Speichereinrichtung 60 ist vorliegend als Regeneratorspeicher 62 ausgestaltet.The relief device 50 further comprises a storage device 60, which the shut-off device 54 preferably immediately upstream of the discharge line 52 is switched. In the present case, the memory device 60 is configured as a regenerator memory 62.

Der Regeneratorspeicher 62 kann bei freigegebener Entlastungsleitung 52 vom Wärmeträgermedium im Direktkontakt durchströmt werden. Zu diesem Zweck sind im Regeneratorspeicher 62 Durchgänge gebildet. Beispielsweise umfasst der Regeneratorspeicher 62 einen Behälter, zum Beispiel aus Schwarzstahl, in dem eine Natursteinschüttung, zum Beispiel aus Basalt, aufgenommen ist. Durchgänge zwischen dem Schüttgut werden vom Wärmeträgermedium durchströmt, welches die Wärme an das Schüttgut abgeben kann.The Regeneratorspeicher 62 can be flowed through with direct release of the heat transfer medium in released relief line 52. For this purpose, 62 passages are formed in the regenerator. For example, the regenerator reservoir 62 comprises a container, for example of black steel, in which a natural stone charge, for example of basalt, is accommodated. Passages between the bulk material are flowed through by the heat transfer medium, which can deliver the heat to the bulk material.

Auch die Entlastungsleitung 52, zumindest strömungsabwärts des Regeneratorspeichers 62, sowie die in die Entlastungsleitung 52 geschalteten Komponenten der Absperreinrichtung 54 können aus kostengünstigem Schwarzstahl gefertigt sein.Also, the discharge line 52, at least downstream of the regenerator memory 62, as well as the switched into the discharge line 52 components of the shut-off device 54 may be made of inexpensive black steel.

Die Entlastungsleitung 52 umfasst eine Kühleinrichtung 64, die eine Kühlleitung 66 und ein Förderaggregat 68 umfasst. Die Kühlleitung 66 dient zum Zuführen eines Kühlfluids zum Regeneratorspeicher 62, das mit dem Förderaggregat 68 gefördert werden kann. Ausgangsseitig des Regeneratorspeichers 62 führt die Kühlleitung 66 zur Speichereinrichtung 40, wodurch das über die Kühlleitung 66 zugeführte Kühlfluid Wärme an die Speichereinrichtung 40 abgeben kann.The relief line 52 comprises a cooling device 64, which comprises a cooling line 66 and a delivery unit 68. The cooling line 66 serves to supply a cooling fluid to the regenerator reservoir 62, which can be conveyed with the delivery unit 68. On the output side of the regenerator memory 62, the cooling line 66 leads to the storage device 40, whereby the cooling fluid supplied via the cooling line 66 can deliver heat to the storage device 40.

Die Entlastungsvorrichtung 50 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Sensorelementen, von denen beispielhaft vier Sensorelemente dargestellt sind. Mit einem an der Gasturbine 34 angeordneten Sensorelement 70 können insbesondere die Temperatur, der Druck und der Volumenstrom des Wärmeträgermediums an der Gasturbine 34 erfasst werden. Darüber hinaus kann mit dem Sensorelement 70 eine Drehzahl der Gasturbine 34 erfasst werden.The relief device 50 preferably comprises a plurality of sensor elements, of which four sensor elements are shown by way of example. With a sensor element 70 arranged on the gas turbine 34, in particular the temperature, the pressure and the volume flow of the heat transfer medium at the gas turbine 34 can be detected. In addition, with the sensor element 70, a rotational speed of the gas turbine 34 can be detected.

Mit einem weiteren Sensorelement 72 kann die Temperatur des Wärmeträgermediums an den Solarreceivern 12 erfasst werden.With a further sensor element 72, the temperature of the heat transfer medium can be detected at the solar receivers 12.

Mit einem weiteren Sensorelement 74 kann die Temperatur des Wärmeträgermediums an der Brennkammer 14 erfasst werden.With a further sensor element 74, the temperature of the heat transfer medium can be detected at the combustion chamber 14.

Mit einem weiteren Sensorelement 76 kann eine Störung des Energieversorgungsnetzes 38 erfasst werden.With a further sensor element 76, a disturbance of the power supply network 38 can be detected.

Signale der Sensorelemente 70 bis 76 können der Steuereinrichtung 48 über Signalleitungen zugeführt werden.Signals of the sensor elements 70 to 76 can be supplied to the control device 48 via signal lines.

Unter ergänzendem Verweis auf die Figuren 2 und 3 wird nachfolgend die Funktionsweise des Kraftwerkes 10 und der Entlastungsvorrichtung 50 erläutert.With additional reference to the FIGS. 2 and 3 the operation of the power plant 10 and the relief device 50 will be explained below.

Im Normalbetrieb wird die Gasturbine 34 vom heißen gasförmigen Wärmeträgermedium beaufschlagt. Die vom Generator 36 erzeugte elektrische Energie wird in das Energieversorgungsnetz 38 eingespeist. Die Absperreinrichtung 54 sperrt die Entlastungsleitung 52.In normal operation, the gas turbine 34 is acted upon by the hot gaseous heat transfer medium. The electrical energy generated by the generator 36 is fed into the power grid 38. The shut-off device 54 blocks the discharge line 52.

Figur 2 zeigt schematisch den Regeneratorspeicher 62 im Normalbetrieb bei gesperrter Absperreinrichtung 54. Der Regeneratorspeicher 62 nimmt einen nicht geladenen oder entladenen Zustand ein. Eine in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums hinter der Gasturbine 34 angeordnete und von der Steuereinrichtung 48 ansteuerbare Absperreinrichtung 78 nimmt einen geöffneten Zustand ein. FIG. 2 shows schematically the regenerator memory 62 in normal operation with locked shut-off device 54. The regenerator memory 62 assumes a non-charged or discharged state. An arranged in the flow direction of the heat transfer medium behind the gas turbine 34 and controllable by the control device 48 shut-off device 78 assumes an open state.

Bei Auftreten eines Störfalls, der von der Steuereinrichtung 48 festgestellt werden kann, kann die Entlastungsleitung 52 durch Ansteuerung des Antriebsorgans 58 gezielt freigegeben werden. Ergänzend hierzu kann die Absperreinrichtung 78 gesperrt werden.When an accident occurs that can be detected by the controller 48, the discharge line 52 can be selectively released by driving the drive member 58. In addition to this, the shut-off device 78 can be blocked.

Bei freigegebener Entlastungsleitung 52 strömt das Wärmeträgermedium durch den Regeneratorspeicher 62 und gibt Wärme an diesen ab, so dass dieser in einen geladenen Zustand überführt wird (Figur 3). Das sich bei Durchgang durch den Regeneratorspeicher 62 abkühlende Wärmeträgermedium durchströmt die verbleibende Entlastungsleitung 52 und die Absperreinrichtung 54 mit deutlich verringerter Temperatur. Die Anforderungen an die Auslegung der Entlastungsleitung 52 und der Absperreinrichtung 54 können infolgedessen verringert werden. Wie bereits erwähnt ist eine Fertigung aus Schwarzstahl möglich. Eine Fertigung aus kostenintensiven hochformfesten Edelstählen wie beispielsweise Inox ist nicht erforderlich. Die hierbei eingesparten Herstellungskosten werden nur zum Teil für den zusätzlichen Regeneratorspeicher 62 benötigt, der sehr robust und nahezu wartungsfrei ist und kostengünstig hergestellt werden kann.When released relief line 52, the heat transfer medium flows through the regenerator 62 and gives off heat to this, so that this is converted into a charged state ( FIG. 3 ). The heat transfer medium which cools when passing through the regenerator reservoir 62 flows through the remaining discharge line 52 and the shut-off device 54 at a significantly reduced temperature. The requirements for the design of the discharge line 52 and the shut-off device 54 can be reduced as a result. As already mentioned, production from black steel is possible. A production of cost-intensive high-strength stainless steels such as Inox is not required. The saved here manufacturing costs are only partially needed for the additional regenerator 62, which is very robust and virtually maintenance-free and can be produced inexpensively.

Beim Durchströmen des Regeneratorspeichers 62 wird die Wärme des Wärmeträgermediums langsam aufgenommen. Die hiermit verbundene Latenz kann gegebenenfalls genutzt werden, um etwaige Maßnahmen gegen den Störfall zu ergreifen. Abweichend von herkömmlichen Kraftwerken erfolgt insbesondere kein explosionsartiges Abblasen des Wärmeträgermediums.As it flows through the regenerator memory 62, the heat of the heat transfer medium is slowly absorbed. The associated latency may optionally be used to take any action against the incident. Notwithstanding conventional power plants in particular no explosive blowing off of the heat transfer medium takes place.

Ursächlich für einen Störfall kann beispielsweise eine zu hohe Temperatur des Wärmeträgermediums an der Gasturbine 34 sein. Diese zu hohe Temperatur ist zum Beispiel auf eine zu hohe Temperatur des Wärmeträgermediums am Austritt der Solarreceiver 12 zurückzuführen. Ursachen hierfür sind beispielsweise eine fehlerhafte Defokussierung von Spiegeln der Solarreceiver 12, ein zu geringer Volumenstrom vom Wärmeträgermedium vom Kompressor 20 oder eine zu hohe Eintrittstemperatur des Wärmeträgermediums in die Solarreceiver 12.The cause of an accident can be, for example, too high a temperature of the heat transfer medium at the gas turbine 34. This too high temperature is due for example to an excessive temperature of the heat transfer medium at the outlet of the solar receiver 12. Causes for this are, for example, an incorrect defocusing of mirrors of the solar receiver 12, too low a volume flow from the heat transfer medium from the compressor 20 or too high an inlet temperature of the heat transfer medium into the solar receiver 12.

Auch eine zu hohe Temperatur des Wärmeträgermediums am Austritt der Brennkammer 14, zum Beispiel infolge fehlerhafter Regelung des Volumenstroms des Wärmeträgermediums oder fehlerhafter Regelung der Brennstoffzufuhr, kann ursächlich für eine zu hohe Temperatur des Wärmeträgermediums an der Gasturbine 34 sein.Too high a temperature of the heat transfer medium at the outlet of the combustion chamber 14, for example due to erroneous control of the volume flow of the heat transfer medium or incorrect control of the fuel supply, may be the cause of too high a temperature of the heat transfer medium to the gas turbine 34.

Ein Störfall kann beispielsweise auch dadurch entstehen, dass der Volumenstrom des Wärmeträgermediums an der Gasturbine 34 aufgrund eines defekten Kompressors 20 und/oder dessen Regelung zu hoch ist.An accident can, for example, also arise because the volume flow of the heat transfer medium to the gas turbine 34 due to a defective compressor 20 and / or its control is too high.

Dieselben Ursachen können auch zu einem zu hohen Druck des Wärmeträgermediums an der Gasturbine 34 führen, der einen Störfall nach sich zieht.The same causes can also lead to excessive pressure of the heat transfer medium on the gas turbine 34, which entails a fault.

Im Fall eines Netzabwurfes (Lastabwurf) im Energieversorgungsnetz 38 kann ebenfalls ein Störfall eintreten. Dieser äußert sich zum Beispiel in einer zu hohen Drehzahl der Gasturbine 34, detektiert mit dem Sensorelement 70. Alternativ oder ergänzend kann die Netzstörung mittels des Sensorelementes 76 erfasst werden.In the case of a network shedding (load shedding) in the power grid 38 can also occur an accident. This manifests itself, for example, in a too high rotational speed of the gas turbine 34, detected with the sensor element 70. Alternatively or additionally, the network disturbance can be detected by means of the sensor element 76.

Ausgehend vom geladenen Zustand (Figur 3) kann der Regeneratorspeicher 62 zum einen passiv entladen werden, bei der der Regeneratorspeicher 62 ohne weiteres Zutun abkühlt.Starting from the loaded state ( FIG. 3 ), the regenerator 62 can be discharged to a passively passive, in which the regenerator 62 cools without further action.

Insbesondere besteht zum anderen jedoch über die Kühleinrichtung 64 die Möglichkeit einer aktiven Abkühlung des Regeneratorspeichers 62. Zu diesem Zweck kann das Förderaggregat 68 von der Steuereinrichtung 48 aktiviert werden, um durch die Kühlleitung 66 ein Kühlfluid, insbesondere Luft, zu fördern. Das Kühlfluid entzieht dem Regeneratorspeicher 62 Wärme, die an die Speichereinrichtung 40 abgegeben und auf diese Weise Prozessen des Kraftwerks 10 wieder zugeführt werden kann.In particular, on the other hand, however, via the cooling device 64 is the possibility of active cooling of the regenerator 62. For this purpose, the delivery unit 68 can be activated by the control device 48 to promote a cooling fluid, in particular air, through the cooling line 66. The cooling fluid removes heat from the regenerator storage 62, which can be delivered to the storage device 40 and in this way processes of the power plant 10 can be supplied again.

Am Regeneratorspeicher 62 kann ein Sensorelement 80 zur Temperaturerfassung vorgesehen sein, abhängig von dessen Signal von der Steuereinrichtung 48 bedarfsgerecht die Kühlung des Regeneratorspeichers 62 gesteuert und/oder geregelt werden kann.The regenerator memory 62 may be provided with a sensor element 80 for temperature detection, depending on the signal from the control device 48 as needed, the cooling of the regenerator 62 can be controlled and / or regulated.

Es versteht sich, dass in der Kühlleitung 66 ebenfalls ein Ventil o. ä. angeordnet sein kann, das von der Steuereinrichtung 48 bei Bedarf geöffnet und geschlossen werden kann.It is understood that in the cooling line 66, a valve o. Ä. May also be arranged, which can be opened and closed by the control device 48 if necessary.

Eine in Figur 4 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwerks 90 ist ein adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Kraftwerke 10 und 90 werden identische Bezugszeichen benutzt. Auch das Kraftwerk 90 weist die erfindungsgemäße Entlastungsvorrichtung 50 auf. Nachfolgend wird kurz auf die Funktionsweise des Kraftwerks 90 eingegangen.An in FIG. 4 schematically illustrated preferred embodiment of a power plant 90 according to the invention is an adiabatic compressed air storage power plant. For identical or equivalent features and components of the power plants 10 and 90 identical reference numerals are used. The power plant 90 also has the relief device 50 according to the invention. Subsequently, the operation of the power plant 90 will be briefly discussed.

Das Kraftwerk 90 umfasst einen in eine Zuführleitung 92 für ein gasförmiges Wärmeträgermedium geschalteten Kompressor 94, an den ausgangsseitig eine Kühleinrichtung 96 angeschlossen ist, insbesondere mittels eines Wärmetauschers. Ein weiterer Kompressor 98 in der Zuführleitung 92 verdichtet das Wärmeträgermedium weiter.The power plant 90 comprises a compressor 94, which is connected in a supply line 92 for a gaseous heat transfer medium, to the output side of which a cooling device 96 is connected, in particular by means of a heat exchanger. Another compressor 98 in the supply line 92 further compresses the heat transfer medium.

Das Wärmeträgermedium kann über eine Ventileinheit 100 durch eine vorzugsweise als Regeneratorspeicher ausgestaltete thermische Speichereinrichtung 102 geleitet werden, die in einen geladenen Zustand überführt wird. Nach Durchlaufen einer weiteren Kühleinrichtung 104, beispielsweise umfassend einen Wärmetauscher, kann das Wärmeträgermedium in einer Volumen-Speichereinrichtung 106 zwischengespeichert werden.The heat transfer medium can be passed through a valve unit 100 through a preferably configured as a regenerator thermal storage device 102, which is transferred to a charged state. After passing through a further cooling device 104, for example comprising a heat exchanger, the heat transfer medium can be temporarily stored in a volume storage device 106.

Je nach Bedarf kann das Wärmeträgermedium aus der Speichereinrichtung 106 entnommen und zur Temperatursteigerung durch die Speichereinrichtung 102 und über die Ventileinheit 100 in die Fluidleitung 28 geleitet werden.Depending on requirements, the heat transfer medium can be removed from the storage device 106 and passed through the storage device 102 and the valve unit 100 in the fluid line 28 to increase the temperature.

Als Funktionsaggregat 32 kommt beim Kraftwerk 90 eine Expansionsturbine 108 zum Einsatz. Dieser bevorzugt unmittelbar vorgelagert zweigt von der Fluidleitung 28 die Entlastungsleitung 52 ab.As a functional unit 32, an expansion turbine 108 is used in the power plant 90. This preferably immediately upstream of the fluid line 28 branches off the discharge line 52.

Die Zeichnung zeigt schematisch beispielhaft das Sensorelement 70 an der Expansionsturbine 108, mit der vorzugsweise die Temperatur, der Volumenstrom und der Druck des Wärmeträgermediums an der Expansionsturbine 108 erfasst werden können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Drehzahl der Expansionsturbine 108 zu erfassen und beispielsweise eine zu hohe Drehzahl infolge eines Lastabwurfs bei einer Netzstörung festzustellen.The drawing shows schematically by way of example the sensor element 70 on the expansion turbine 108, with which preferably the temperature, the volume flow and the pressure of the heat transfer medium at the expansion turbine 108 can be detected. In addition, there is the possibility of speed to detect the expansion turbine 108 and determine, for example, too high a speed due to a load shedding in a power failure.

Im Übrigen wird auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen, insbesondere im Hinblick auf die Funktionsweise der Entlastungsvorrichtung 50.Incidentally, reference is made to the above statements, in particular with regard to the functioning of the relief device 50.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Kraftwerkpower plant
1212
Solarreceiversolar receiver
1414
Brennkammercombustion chamber
1616
DruckgasspeicherCompressed gas storage
1818
Zuführleitungfeed
2020
Kompressorcompressor
22, 24, 2622, 24, 26
Zuführleitungfeed
2828
Fluidleitungfluid line
3030
Ausgangsleitungoutput line
3232
Funktionsaggregatfunction generator
3434
Gasturbinegas turbine
3636
Generatorgenerator
3838
EnergieversorgungsnetzPower grid
4040
Speichereinrichtungmemory device
4242
Zustand niederer TemperaturLow temperature condition
4444
Zustand höherer TemperaturCondition of higher temperature
4646
Förderaggregatdelivery unit
4848
Steuereinrichtungcontrol device
5050
Entlastungsvorrichtungrelief device
5252
Entlastungsleitungrelief line
5454
Absperreinrichtungshut-off
5656
Steuerleitungcontrol line
5858
Antriebsorgandrive member
6060
Speichereinrichtungmemory device
6262
RegeneratorspeicherRegeneratorspeicher
6464
Kühleinrichtungcooling device
6666
Kühlleitungcooling line
6868
Förderaggregatdelivery unit
70, 72, 74, 7670, 72, 74, 76
Sensorelementsensor element
7878
Absperreinrichtungshut-off
8080
Sensorelementsensor element
9090
Kraftwerkpower plant
9292
Zuführleitungfeed
9494
Kompressorcompressor
9696
Kühleinrichtungcooling device
9898
Kompressorcompressor
100100
Ventileinheitvalve unit
102102
Speichereinrichtungmemory device
104104
Kühleinrichtungcooling device
106106
Volumen-SpeichereinrichtungVolume storage means
108108
Expansionsturbineexpansion turbine

Claims (15)

Entlastungsvorrichtung für ein Kraftwerk, bei dem ein fluidisches Wärmeträgermedium über eine Fluidleitung (28) einem Funktionsaggregat (32) zugeführt wird, welche Entlastungsvorrichtung (50) dem Funktionsaggregat (32) vorgelagert eine von der Fluidleitung (28) abzweigende Entlastungsleitung (52) umfasst, in die eine Absperreinrichtung (54) zum Sperren und Freigeben der Entlastungsleitung (52) geschaltet ist, sowie eine vor die Absperreinrichtung (54) in die Entlastungsleitung (52) geschaltete, vom Wärmeträgermedium bei freigegebener Entlastungsleitung (52) durchströmbare thermische Speichereinrichtung (60) zur Aufnahme von Wärme vom Wärmeträgermedium.Relief device for a power plant, in which a fluid heat transfer medium via a fluid line (28) is supplied to a functional unit (32), which relief device (50) upstream of the functional unit (32) comprises a relief line (52) branching from the fluid line (28) a shut-off device (54) for blocking and releasing the relief line (52) is connected, and a before the shut-off device (54) in the discharge line (52) connected by the heat transfer medium with released relief line (52) through which flowable thermal storage device (60) for receiving of heat from the heat transfer medium. Entlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Temperaturbeständigkeit der Speichereinrichtung (60) von mehr als 500°C, vorzugsweise von mehr als 1000°C.Relief device according to claim 1, characterized by a temperature resistance of the storage device (60) of more than 500 ° C, preferably of more than 1000 ° C. Entlastungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Druckbeständigkeit der Speichereinrichtung (60) von mehr als 10 bar, vorzugsweise mehr als 25 bar.Relief device according to claim 1 or 2, characterized by a pressure resistance of the storage device (60) of more than 10 bar, preferably more than 25 bar. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Energiespeicherdichte der Speichereinrichtung (60) von ungefähr 10 bis 150 kWh/m3 und darüber.Relief device according to one of the preceding claims, characterized by an energy storage density of the storage device (60) of about 10 to 150 kWh / m 3 and above. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (60) Durchgänge für das Wärmeträgermedium umfasst und von diesem im Direktkontakt durchströmbar ist.Relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage device (60) comprises passages for the heat transfer medium and can be flowed through by this in direct contact. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (60) ein Regeneratorspeicher (62) ist oder einen solchen umfasst und/oder dass die Speichereinrichtung (60) ein Feststoffspeicher oder ein Schüttgutspeicher ist oder einen solchen umfasst.Relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage device (60) is a regenerator memory (62) or comprises such and / or that the storage device (60) is a solid storage or a bulk material storage or comprises such. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fertigung der Absperreinrichtung (54) aus Schwarzstahl.Relief device according to one of the preceding claims, characterized by a production of the shut-off device (54) made of black steel. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (60) passiv entladbar ist.Relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage device (60) is passively discharged. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsvorrichtung (50) eine Kühleinrichtung (64) umfasst mit einer Kühlleitung (66) und einem Förderaggregat (68), wobei der Speichereinrichtung (60) ein Kühlfluid durch die Kühlleitung (66) zuführbar ist, zum Aufnehmen von Wärme von der Speichereinrichtung (60).Relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the discharge device (50) comprises a cooling device (64) with a cooling line (66) and a delivery unit (68), wherein the storage device (60) a cooling fluid through the cooling line (66) can be fed is for receiving heat from the storage device (60). Entlastungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitung (66) mit einer thermischen Speichereinrichtung (40) oder einem Wärmetauscher des Kraftwerks (10; 90) zum Abgeben von Wärme gekoppelt oder koppelbar ist.Relief device according to claim 9, characterized in that the cooling line (66) with a thermal storage device (40) or a heat exchanger of the power plant (10; 90) coupled for discharging heat or can be coupled. Entlastungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsvorrichtung (50) eine Steuereinrichtung (48) umfasst, die mit einem Antriebsorgan (58) der Absperreinrichtung (54) gekoppelt ist, und mindestens ein mit der Steuereinrichtung (48) gekoppeltes Sensorelement (70, 72, 74, 76, 80), abhängig von dessen Signal das Antriebsorgan (58) zum Freigeben und/oder Sperren der Entlastungsleitung (52) ansteuerbar ist.Relief device according to one of the preceding claims, characterized in that the relief device (50) comprises a control device (48) which is coupled to a drive member (58) of the shut-off device (54), and at least one sensor element (48) coupled to the control device (48). 70, 72, 74, 76, 80), depending on the signal of the drive member (58) for releasing and / or blocking the discharge line (52) is controllable. Entlastungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem mindestens einen Sensorelement (70, 72, 74, 76, 80) mindestens eines der Folgenden erfassbar ist: - eine Temperatur des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat (32); - ein Druck des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat (32); - ein Volumenstrom des Wärmeträgermediums am Funktionsaggregat (32); - eine Drehzahl eines als Turbine, insbesondere Gasturbine (34), ausgestalteten Funktionsaggregates (32). Relief device according to claim 11, characterized in that at least one of the following can be detected with the at least one sensor element (70, 72, 74, 76, 80): - A temperature of the heat transfer medium on the functional unit (32); - A pressure of the heat transfer medium on the functional unit (32); - A volume flow of the heat transfer medium on the functional unit (32); - A speed of a turbine, in particular gas turbine (34), designed functional unit (32). Kraftwerk, umfassend eine Fluidleitung, über die ein fluidisches Wärmeträgermedium einem Funktionsaggregat (32) zugeführt wird, sowie eine Entlastungsvorrichtung (50) nach einem der voranstehenden Ansprüche.Power plant, comprising a fluid line, via which a fluid heat transfer medium to a functional unit (32) is supplied, and a discharge device (50) according to any one of the preceding claims. Kraftwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk ein solar-hybrides Kraftwerk (10) ist und das Funktionsaggregat (32) eine Gasturbine (34) oder dass das Kraftwerk ein adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk (90) ist und das Funktionsaggregat (32) eine Expansionsturbine (108).Power plant according to claim 13, characterized in that the power plant is a solar-hybrid power plant (10) and the functional unit (32) is a gas turbine (34) or that the power plant is an adiabatic compressed air storage power plant (90) and the functional unit (32) an expansion turbine (108). Verwendung einer thermischen Speichereinrichtung in einer Entlastungsleitung eines Kraftwerkes, wobei die Speichereinrichtung vor eine Absperreinrichtung in die Entlastungsleitung geschaltet ist, welche von einer Fluidleitung des Kraftwerkes, einem Funktionsaggregat desselben vorgelagert, abzweigt.Use of a thermal storage device in a discharge line of a power plant, wherein the storage device is connected in front of a shut-off device in the discharge line, which upstream of a fluid line of the power plant, a functional unit thereof, branches off.
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