WO2011127879A2 - Vorrichtung zur thermischen kopplung von dampfkraftwerken mit druckluftspeicherkraftwerken - Google Patents
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- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
Definitions
- the invention relates to a device for the thermal coupling of steam power plants with compressed air storage power plants with the features of claim 1.
- Wind turbines increase the problem of the necessary energy storage and they must be temporarily switched off in case of excess capacity in the power grid.
- the sought-after device should be distinguished, above all, by the most efficient utilization of the available energy sources, can also variably access different energy sources and help solve the problems of energy storage and peak loads.
- the disadvantages mentioned can thus be eliminated or at least minimized sustainably.
- Compressed air storage units are allocated.
- compressed air is in thermally insulated
- the heat of the compressed compressed air is temporarily stored in a solids store.
- the device according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. To clarify the attached figure 1 serves. It shows an exemplary overall representation of the device according to the invention:
- the device comprises a combination or thermal coupling of steam power plants 1 and Drack Kunststoff Kunststoffmaschineen 11 including storage for steam or hot water 15 and compressed air fourteenth
- steam 3 drives the steam turbine 4.
- a compressor 12 In the compressed air storage power plant 11, a compressor 12 generates heated compressed air 13, which is stored in a compressed air tank 14. The heat of the compressed compressed air is stored by thermal coupling in a steam tank 15 and generates steam. For this purpose, the water 9 is heated from the steam power plant 1 in the steam tank 15 to steam 16 and fed into the circuit of the steam turbine 4.
- the compressed-air turbine 18 generates expanded cold air 19, which is led to the condenser 6 and serves for cooling and condensation of the expanded steam 5.
- Steam turbine 4 and compressed air turbine 18 drive generators 10 and 20 via shafts 4a and 18a.
- the device can be operated as follows:
- a compressed air storage power plant 11 is assigned functionally.
- the compressor 12 is operated, for example, with cheap night electricity or over-capacity in the power grid, thereby compressed air in Compressed air tank 14 stored for at least 24 hours.
- the compressed air storage power plant 11 can thus be operated continuously and work thermally coupled with the coal power plant 1 permanently.
- Cooling towers omitted
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung von Dampfkraftwerken mit Druckluftspeicherkraftwerken. Überschüssige Wärme aus Dampfkraftwerken wird zur Erwärmung von Druckluftturbinen genutzt. Auch Wellenkraftwerke die mit Druckluft und/oder Dampf arbeiten können zur thermischen Kopplung einbezogen sein. Der Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerke kann jeweils auf etwa 70% gesteigert werden.
Description
Vorrichtung zur thermischen Kopplung von Dampfkraftwerken mit
Druckluftspeicherkraftwerken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung von Dampfkraftwerken mit Druckluftspeicherkraftwerken mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, der Energiehunger in der Welt wird steigen. Die Erdöl- und Erdgasvorkommen gehen bald zur Neige. Fossile Brennstoffe wie Erdöl, Kohle und Erdgas werden weiterhin genutzt. Neubauten von Kohle- und Atomkraftwerken werden leider wieder aktuell. Das sind keine guten Aussichten zur Reduzierung von C02 und zur Bremsung der Erderwärmung.
Viele Kraftwerke haben einen miserablen Wirkungsgrad.
Zitat aus http://de.wikipedia.org wildAVärmekraftwerk: "Wird die Abwärme nicht zum Heizen verwendet, liegt der Wirkungsgrad eines heutigen Kraftwerkes typischerweise zwischen 30% und 45%." In China bei 23%. "Viele Wärmekraftwerke nutzen zur Kühlung das Wasser
vorbeifließender Flüsse. Das erspart den Kühlturm mit seinen vielen Nachteilen...".
Windkraftanlagen verstärken das Problem der notwendigen Energiespeicherung und sie müssen bei Überkapazitäten im Stromnetz zeitweise abgeschaltet werden.
Es fehlen große Energiespeicher und umweltschonende, billig zu bauende Spitzenlastkraftwerke.
Die gesuchte Vorrichtung soll sich vor allem durch eine möglichst effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energiequellen auszeichnen, auch auf verschiedene Energiequellen variabel zugreifen können und die Probleme Energiespeicherung und Stromspitzenlasten lösen helfen. Die genannten Nachteile können damit beseitigt oder zumindest nachhaltig minimiert werden.
Es besteht somit die Aufgabe die Abwärme von Dampfkraftwerken zu nutzen und ihren
Wirkungsgrad auf etwa 70% zu erhöhen. Das kann durch eine Vorrichtung zur thermischen Kopplung von Dampfkraftwerken mit Druckluftspeicherkraftwerken erreicht werden. Der Wirkungsgrad von Druckluftspeicherkraftwerken kann dadurch ebenfalls auf etwa 70% gesteigert werden.
Bei Druckluftspeicherkraftwerken muß bei Expansion der Luft wieder Wärme zugeführt werden, um eine Vereisung der Turbinen zu vermeiden. Die Wämezufuhr kann also durch
Dampfkraftwerke erfolgen, eine Kombination Dmclduftkraftwerke mit Gasturbinenkraftwerken kann damit entfallen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform können beispielsweise den Kohlekraftwerken
Druckluftspei cherkrafrwerke zugeordnet werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform können auch Wellenkraftwerke zur
Anwendung kommen, die mit Druckluft und Dampf arbeiten.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform wird Druckluft in wärmegedämmten
Druckluftbehältern und/oder in Kavernen bei etwa 46 bis 72 bar gespeichert.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform wird die Wärme der komprimierten Druckluft in einem Feststoffspeicher zwischengespeichert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dient die beigefügte Figur 1. Es zeigt eine beispielhafte Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Kombination bzw. thermische Kopplung von Dampfkraftwerken 1 und Drackluftspeicherkraftwerken 11 einschließlich Speicher für Dampf bzw. Heiß wasser 15 und Druckluft 14.
Bei dem Dampfkraftwerk 1 treibt Dampf 3 die Dampfturbine 4 an.
Entspannter Dampf 5 aus der Dampfturbine 4 wird am Druckluftspeicherkraftwerk 11 zur Druckluftturbine 18 gefuhrt und erwärmt diese. Erst dann wird der entspannte Dampf in den Kondensator 6 geleitet. Über die Speisepumpe 8 erfolgt die Zuführung des Wassers 9 zum Dampferzeuger 2 und schließt den thermodynamischen Kreislauf.
Bei dem Druckluftspeicherkraftwerk 11 erzeugt ein Kompressor 12 erhitzte Druckluft 13, die in einem Druckluftbehälter 14 gespeichert wird. Die Wärme der komprimierten Druckluft wird durch thermische Kopplung in einem Dampfbehälter 15 gespeichert und Dampf erzeugt. Dazu wird das Wasser 9 aus dem Dampfkraftwerk 1 im Dampfbehälter 15 zu Dampf 16 erhitzt und im Kreislauf der Dampfturbine 4 zugeführt.
Die Druckluftturbine 18 erzeugt expandierte Kaltluft 19, diese wird zum Kondensator 6 geführt und dient zur Kühlung und Kondensation des entspannten Dampfes 5.
Dampfturbine 4 und Druckluftturbine 18 treiben über Wellen 4a und 18a Generatoren 10 und 20 an.
Die Vorrichtung kann wie folgt betrieben werden:
dem Neubau eines Kohlekraftwerkes 1 wird ein Druckluftspeicherkraftwerk 11 funktionell zugeordnet. Durch thermische Kopplung wie beschrieben und in Figur 1 dargestellt werden hohe Gesamtwirkungsgrade für das Kohlekraftwerk und das Druckluftspeicherkraftwerk erreicht. Bei dem Druckluftspeicherkraftwerk 11 wird der Kompressor 12 beispielsweise mit billigen Nachtstrom oder mit der Überkapazität im Stromnetz betrieben, dadurch wird Druckluft in
Druckluftbehälteni 14 für mindestens 24 Stunden gespeichert. Das Druckluftspeicherkraftwerk 11 kann so durchgehend betrieben werden und mit dem Kohlekraftwerk 1 thermisch gekoppelt dauerhaft arbeiten.
Die Vorteile der Vorrichtung sind:
- die Gesamtwirkungsgrade von Dampfkraftwerken und Druckluftspeicherkraftwerken
erhöhen sich enorm auf etwa je 70%
- Druckluftspeicherkraftwerke nutzen Nachtstrom und sorgen deshalb für einen
Ausgleich von Stromspitzenlast zu Strom grundlast
- Druckluftspeicherkraftwerke, auch Wellenkraftwerke die mit Druckluft arbeiten,
können Überkapazitäten im Stromnetz zur Speicherung von Druckluft nutzen
- der Transport von Druckluft in Rohren ist rentabel
- durch Umlaufkühlung wird stets das gleiche Wasser verwendet, es entstehen keine
Reinigungskosten für neues Kühlwasser. Kühltürme entfallen
- durch die thermische Kopplung sind bedeutend weniger Kraftwerkskapazitäten
notwendig
Die Erfindung wurde anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind eine Reihe weiterer Ausfuhrungsformen möglich, die im Bereich des erfindungsgemäßen Grundgedankens verbleiben. Weitere Ausfuhrungsformen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste
1 Dampfkraftwerk
2 Dampferzeuger/Dampfbehälter
3 Dampf
4 Dampfturbine
4a Welle
5 entspannter Dampf
6 Kondensator
7 Kondenswasser
8 Speisepumpe
9 Wasser
10 Generator
11 Druckluftspeicherkraftwerk
12 Kompressor
13 Druckluft
14 Druckluftbehälter/Druckluftspeicher
15 Dampfbehälter/Dampfspeicher
16 Dampf
17 Druckluft
18 Druckluftturbine
18a Welle
19 expandierte Kaltluft
20 Generator
Claims
Patentansprüche
Vorrichtung zur thermischen Kopplung,
umfassend
ein Dampfkraftwerk (1), enthaltend einen Dampferzeuger (2) verbunden mit einer Dampfturbine (4) und einem Kondensator (6), zum Antreiben eines Generators (10), ein Druckluftspeicherkraftwerk (11), enthaltend einen Kompressor (12) verbunden mit einem Druckluftbehälter (14) und einer Druckluftturbine (18), zum Antreiben eines Generators (20).
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
Druckluft und Dampf erzeugende Wellenkraftwerke als Druckluftkraftwerk (11) und/oder als Dampfkraftwerk (1) gelten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckluftbehälter (14) zur Bevorratung der komprimierten erhitzten Luft einen Dampfbehälter (15) in thermischer Kopplung aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dampfbehälter (15) mit Wasser (9) vom Dampfkraftwerk (1) versorgt wird und Dampf (16) an die Dampfturbine (4) abgibt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
entspannter Dampf (5) aus der Dampfturbine (4) zur Erwärmung der Druckluftturbine (18) genutzt und anschließend in den Kondensator (6) geleitet wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kondensator (6) durch die aus der Druckluftturbine (18) austretende entspannte Luft (19) kühlbar ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckluftbehälter (14) und der Dampfbehälter (15) wärmegedämmt sind und als Wärmespeicher dienen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kompressor (12) zur Kühlung in den Dampfkreislauf geschaltet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine (4) und/oder die Druckluftturbine (18) eine zuschaltbare Schwungradvorrichtung zum Speichern von Rotationsenergie aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine (4) und die Druckluftturbine (18) zum Antreiben eines Generators wirken.
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