WO2013056987A2 - Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom Download PDF

Info

Publication number
WO2013056987A2
WO2013056987A2 PCT/EP2012/069706 EP2012069706W WO2013056987A2 WO 2013056987 A2 WO2013056987 A2 WO 2013056987A2 EP 2012069706 W EP2012069706 W EP 2012069706W WO 2013056987 A2 WO2013056987 A2 WO 2013056987A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
working medium
turbine
evaporator
thermal energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/069706
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013056987A3 (de
Inventor
Frank RICKEN
Original Assignee
Ricken Frank
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 Ricken Frank filed Critical Ricken Frank
Publication of WO2013056987A2 publication Critical patent/WO2013056987A2/de
Publication of WO2013056987A3 publication Critical patent/WO2013056987A3/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • 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
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines
    • 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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003—Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
    • F03G6/005—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Strom unter Verwendung wenigstens eines geschlossenen Kreislaufes in dem ein fluides Arbeitsmedium zirkuliert, welches die folgenden Schritte umfasst: - ein flüssiges Arbeitsmedium wird unter Zufuhr von thermischer Energie in einem Verdampfer (3) in den gasförmigen Zustand überführt und expandiert, - mit dem expandierenden gasförmigen Arbeitsmedium wird eine Turbine (4) angetrieben, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Turbine zur Stromerzeugung genutzt wird, - das Arbeitsmedium wird unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt, - das Arbeitsmedium wird dem Verdampfer (3) in flüssigem Zustand erneut zugeführt, wobei dem flüssigen Arbeitsmedium durch Wärmetausch mit aus der Umgebung entnommener Luft, welche vorgewärmt und anschließend verdichtet und somit weiter erwärmt wurde, in dem Verdampfer (3) thermische Energie zugeführt wird.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Strom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Strom unter Verwendung wenigstens eines geschlossenen Kreislaufes, in dem ein fluides Arbeitsmedium zirkuliert, welches die folgenden Schritte umfasst:
- ein flüssiges Arbeitsmedium wird unter Zufuhr von thermischer Energie in einem Verdampfer in den gasförmigen Zustand überführt und expandiert, - mit dem expandierenden gasförmigen Arbeitsmedium wird eine Turbine angetrieben, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Turbine zur Stromerzeugung genutzt wird,
- das Arbeitsmedium wird unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt,
- das Arbeitsmedium wird dem Verdampfer in flüssigem Zustand erneut zugeführt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Strom unter Verwendung wenigstens eines geschlossenen Kreislaufes, in dem ein fluides Arbeitsmedium zirkuliert, mit:
- einer Quelle für flüssiges Arbeitsmedium, - einem der Quelle nachgeschalteten Verdampfer zur Überführung des flüssigen Arbeitsmediums in den gasförmigen Zustand unter Zufuhr von thermischer Energie, - einer Turbine, die einlassseitig mit dem Auslass des Verdampfers verbunden und ausgebildet ist, um von ex¬ pandierendem gasförmigen Arbeitsmedium angetrieben zu werden, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Turbine insbesondere mittels eines Generators zur Stromerzeugung genutzt wird, und
- einem der Turbine nachgeschaltetem Kondensator, der ausgebildet ist, um Arbeitsmedium unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückzuführen.
Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Im Rahmen dieser werden ther- modynamische Kreisprozesse wie etwa der Clausi- us-Rankine-Kreisprozess genutzt, um unter Verwendung eines in einem Kreislauf zirkulierenden Arbeitsmediums thermische in mechanische Energie umzuwandeln. Dabei wird einem Ar¬ beitsmedium zunächst in einem Verdampfer thermische Energie zugeführt, so dass es in den gasförmigen Zustand übergeht. Mit diesem Phasenübergang ist eine Expansion verbunden, die wiederum genutzt wird, um beispielsweise eine dem Verdampfer nachgeschaltete Turbine anzutreiben. Die mechanische Energie der angetriebenen Turbine wird in an sich bekannter Weise beispielsweise mittels eines Generators zur Strom¬ erzeugung genutzt . Das Arbeitsmedium wird im Anschluss unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt und erneut bereitgestellt. In der DE 1 065 666 B beispielsweise ist eine kombinierte Gasturbinen-Gaserzeugungsanlage offenbart, die sowohl Wärme als auch mechanische Leistung bereitstellt. Innerhalb der Anlage wird in an sich bekannter Weise ein Arbeitsmedium, hier Wasser, in einem Kessel unter Einsatz von Brennstoffen, insbesondere Öl, verdampft. Der erzeugte Dampf wird einer dem Kessel nachgeschalteten Dampfturbine zugeführt, wo er Nutzarbeit leistet. Nach Verlassen der Dampfturbine wird der Dampf als Wärmequelle in einem beliebigen industriellen Arbeitsgang verwertet, beispielsweise für einen Trock- nungsarbeitsgang . Der nach dem Trocknungsvorgang verbleibende Nassdampf bzw. das verbleibende Wasser wird gesammelt und durch einen Kondensator in einen Speise- wasservorwärmer der Anlage geführt . Abschließend gelangt das Arbeitsmedium zurück in den Kessel um erneut verdampft zu werden .
Aus der US 2010/0263380 AI gehen ferner ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines kaskadierten organischen Ran- kine-Kreislaufs (ORC) hervor. Im Rahmen des Verfahrens wird ein erstes organisches Arbeitsmedium in einem ersten ORC-System unter Verwendung einer Hochtemperatur-Wärmequelle einer Verdrängungsmaschine verdampft. Es wird ferner ein zweites organisches Arbeitsmedium in einem zweiten ORC-System unter Verwendung einer Niedertemperatur-Wärmequelle der Verdrängungsmaschine erwärmt und mittels Wärme von dem ersten organischen Arbeitsmedium verdampft, wobei das erste organische Arbeitsmedium eine höhere kritische Temperatur aufweist als das zweite. Schließlich geht aus der US 7, 942, 001 Bl ein Verfahren hervor, bei dem ebenfalls zwei organische Ranki- ne-KreislaufSysteme miteinander kombiniert werden. Die den beiden Kreisläufen zugeordneten organischen Arbeitsmedien sind dabei derart gewählt, dass das organische Arbeitsmedium des ersten organischen Rankine-Kreislaufes bei einer Kondensationstemperatur kondensiert wird, die deutlich oberhalb des Siedepunktes des organischen Arbeitsmediums des zweiten organischen Rankine-KreislaufSystems liegt. Dabei kommt ein einzelner gemeinsamer Wärmetauscher sowohl als Kondensator für das erste Kreislaufsystem als auch als Verdampfer für das zweite Kreislaufsystem zum Einsatz.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiteres Verfahren bzw . eine weitere Vorrichtung anzugeben, welches die Bereitstellung von Strom unter Verwendung eines thermodynamischen Kreislaufes ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass dem flüssigen Arbeitsmedium durch Wärmetausch mit aus der Umgebung entnommener Luft, welche vorgewärmt und anschließend verdichtet und somit weiter erwärmt wurde, in dem Verdampfer thermische Energie zu- geführt wird.
Darüber hinaus wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Vorwär¬ meinheit zur Erwärmung von aus der Umgebung entnommener Luft und ein der Vorwärmeinheit nachgeschalteter Kompressor zur Verdichtung der Luft vorgesehen sind, und dass der Verdampfer eine Wärmetauscheinheit umfasst, in der eine Arbeitsme¬ diumleitung sowie eine Luftleitung vorgesehen sind, wobei die Arbeitsmediumleitung einlassseitig mit der Quelle für flüssiges Arbeitsmedium und auslassseitig mit der Turbine und die Luftleitung einlassseitig mit dem Auslass des Kompressors verbunden sind, und wobei die Wärmetauscheinheit derart ausgebildet ist, dass durch die Arbeitsmediumleitung strömendem flüssigen Arbeitsmedium thermische Energie von durch die Luftleitung strömender warmer, verdichteter Luft zugeführt wird.
Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, der Umgebung entnommene Luft durch Vorwärmung und Verdichtung auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreichend hoch ist, um das flüssige Arbeitsmedium durch Wärmetausch mit der Luft in einem Verdampfer in den gasförmigen Zustand zu überführen. Die mit dem Phasenwechsel einhergehende Expansion des Arbeitsmediums wird in an sich bekannter Weise genutzt, um eine dem Verdampfer nachgeschaltete Turbine anzutreiben und mittels der mechanischen Energie der angetriebenen Turbine Strom bereitzustellen.
Die Vorwärmung der Luft kann kostengünstig und umwelt¬ freundlich unter Verwendung von Solarenergie erfolgen. Zu diesem Zweck umfasst die Vorwärmeinheit eine Solareinheit.
Die der Umgebung entnommene Luft kann ferner in einer Sammeleinheit gesammelt und insbesondere in dieser vor¬ gewärmt werden, bevor sie verdichtet wird. Die Sammeleinheit ist dann zweckmäßiger Weise als guter Absorber für Sonnenstrahlung ausgebildet, um eine effiziente Vorwärmung durch den direkten Einfall von Sonnenstrahlung zu ermög- liehen. Die Sonnenstrahlung kann insbesondere in an sich bekannter Weise gebündelt werden, um eine ausreichend hohe Lufttemperatur zu erzielen.
Alternativ oder zusätzlich kann die der Umgebung entnommene Luft durch Wärmetausch mit aus der Turbine tretendem gasförmigem Arbeitsmedium vorgewärmt werden. Infolge des Wärmetausches mit der Luft kann das aus der Turbine tretende gasförmige Arbeitsmedium dabei in den flüssigen Zustand überführt werden. Dies kann konstruktiv umgesetzt werden, indem der Kondensator als Wärmetauscher ausgebildet ist, in dem eine Arbeitsmediumleitung sowie eine Luftleitung vorgesehen sind, wobei die Arbeitsmediumleitung einlass- seitig mit dem Auslass der Turbine und auslassseitig mit dem Einlass der Quelle für flüssiges Arbeitsmedium und die Luftleitung einlassseitig mit einem Einlass für Luft und auslassseitig mit dem Kompressor verbunden ist, und wobei der Wärmetauscher derart ausgebildet ist, dass von durch die Arbeitsmediumleitung strömendem gasförmigen Arbeitsmedium thermische Energie an durch die Luftleitung strömende Luft abgegeben wird. Auf diesem Wege wird die Restwärme des aus der Turbine tretenden gasförmigen Arbeitsmediums gezielt genutzt, um die der Umgebung entnommene Luft vorzuwärmen.
Darüber hinaus kann die der Umgebung entnommene Luft au¬ ßenseitig über die angetriebene Turbine geführt und dadurch erwärmt werden. Diese gezielte Nutzung der vorhandenen Abwärme ermöglicht eine zusätzliche Erwärmung der Luft. In gleicher Weise kann die Luft an weiterer Komponenten, an denen im Betrieb Abwärme anfällt - wie etwa dem Generator - außenseitig vorbei geführt werden, um eine weitere Vor¬ wärmung zu erzielen.
Die Verdichtung der Luft erfolgt zweckmäßiger Weise in einem Kompressor, der ebenfalls kostengünstig und umwelt¬ freundlich mit Solarenergie betrieben werden kann.
Eine weitere Ausgestaltungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die nach dem Wärmetausch mit dem flüssigen Arbeitsmedium aus dem Verdampfer tretende Luft einer Druckturbine zu¬ geführt wird und diese antreibt, wobei insbesondere die mechanische Energie der angetriebenen Druckturbine zur Stromerzeugung genutzt wird. Konstruktiv ist dazu der Luftleitung der Wärmetauscheinheit des Verdampfers eine Druckturbine nachgeschaltet, und es ist insbesondere ein Generator zur Stromerzeugung unter Nutzung der mechanischen Energie der angetriebenen Druckturbine mit dieser verbunden. Die mechanische Energie der Druckturbine kann ferner für den Antrieb des Kompressors genutzt werden. Die aus der Druckturbine tretende Luft kann im Anschluss wieder der Umgebung zugeführt werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels wird das nach dem Verlassen der Turbine unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführte Arbeitsmedium in einer Sammelvorrichtung - beispielsweise in Form eines Tanks - gesammelt, bevor es dem Verdampfer erneut zugeführt wird. Dabei kann die Sammelvorrichtung Teil der Quelle sein. Bevor das Verfahren in einem stationären Betrieb absolviert wird, wird eine Anlaufphase durchlaufen, bis die Luft einen vorgegebenen Temperaturwert erreicht hat. In dieser wird das aus dem Verdampfer tretende Arbeitsmedium nicht durch die Turbine, sondern direkt zu dem Kondensator geführt. Zur Bestimmung der Temperatur, insbesondere in dem Verdampfer, kann ein Thermostat vorgesehen sein.
Die einzelnen Komponenten der Vorrichtung sind vorteilhafterweise einander räumlich nah angeordnet, wobei ins¬ besondere die Turbine, der Generator und die Druckturbine auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein können.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt: die einzige Figur: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung von Strom in schematischer Darstellung.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bereitstellung von Strom dargestellt. Diese umfasst eine Quelle 2 für flüssiges Arbeitsmedium, die in dem darge- stellten Ausführungsbeispiel als Sammelvorrichtung in Form eines Tanks ausgebildet ist.
Die Quelle 2 ist auslassseitig mit einem Verdampfer 3 verbunden, der der Überführung des flüssigen Arbeitsmediums in den gasförmigen Zustand unter Zufuhr von thermischer Energie dient. Dem Verdampfer 3 ist eine Turbine 4 nachgeschaltet. Diese ist ausgebildet, um von dem expandierendem gasförmigen Arbeitsmedium angetrieben zu werden. Zur Stromerzeugung unter Nutzung der mechanischen Energie der angetriebenen Turbine 4 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Generator 5 vorgesehen, welcher mit der Turbine 4 verbunden ist. Der Turbine 4 ist ferner eine Bypassleitung 6 zugeordnet, durch welche das Arbeitsmedium an der Turbine 4 vorbei geführt werden kann.
Die Turbine 4 ist auslassseitig mit einem Kondensator 7 verbunden, in welchem gasförmiges Arbeitsmedium unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt wird .
Auslassseitig ist der Kondensator 7 unter Ausbildung eines geschlossenen Kreislaufs mit dem Einlass der Quelle 2 verbunden, so dass aus dem Kondensator 7 tretendes flüssiges Arbeitsmedium in der Sammelvorrichtung der Quelle 2 ge- sammelt wird.
Erfindungsgemäß ist der Verdampfer 3 als Wärmetauscheinheit ausgebildet, in welcher eine Arbeitsmediumleitung 8 sowie eine Luftleitung 9 vorgesehen sind. Die Arbeitsmediumleitung 8 ist einlassseitig mit der Quelle 2 für flüssiges Ar¬ beitsmedium und auslassseitig mit der Turbine 4 verbunden. Die Wärmetauscheinheit 3 ist derart ausgebildet, dass durch die Arbeitsmediumleitung 8 strömendem flüssigem Arbeitsmedium thermische Energie von durch die Luftleitung 9 strömender warmer, verdichteter Luft zugeführt werden kann. Zur Bereitstellung der warmen Luft sind dem Verdampfer 3 in Luftleitungsrichtung hintereinander eine Vorwärmeinheit 10 zur Erwärmung von Umgebungsluft sowie ein Kompressor 11 zur Verdichtung der Luft vorgeschaltet. Die Vorwärmeinheit 10 umfasst eine Sammeleinheit 12, in welcher der Umgebung entnommene Luft gesammelt und vorgewärmt wird. Die Sam¬ meleinheit 12 ist als guter Absorber für Sonnenstrahlung ausgebildet, um eine effiziente Vorwärmung der Luft zu gewährleisten. Die Vorwärmeinheit 10 weist ferner eine Solareinheit 13 auf, mit Hilfe derer eine zusätzliche Vorwärmung erfolgen kann.
Der Kondensator 7 bildet hier ebenfalls einen Teil der Vorwärmeinheit 10 und ist als Wärmetauscher ausgebildet. Er umfasst eine Arbeitsmediumleitung 14 sowie eine Luftleitung 15. Die Arbeitsmediumleitung 14 ist einlassseitig mit dem Auslass der Turbine 4 und auslassseitig mit dem Einlass der Quelle 2 verbunden. Die Luftleitung 15 ist einlassseitig mit dem Auslass der Sammeleinheit 12 der Vorwärmeinheit 10 und auslassseitig mit dem Kompressor 11 verbunden. Der Wärmetauscher ist derart ausgebildet, dass von dem durch die Arbeitsmediumleitung 14 strömendem gasförmigen Arbeitsmedium thermische Energie an durch die Luftleitung 15 strömende Luft abgegeben wird, so dass das gasförmige Arbeitsmedium infolge der Wärmeabgabe kondensiert und die Luft erwärmt wird.
Der Kompressor 11 ist ausgebildet, um mit Solarenergie betrieben zu werden. In der dargestellten Ausführungsform ist er zu diesem Zweck mit der Solareinheit 13 der Vorwärmeinheit 10 verbunden. Der Kompressor 11 ist wiederum auslassseitig mit dem Einlass der Luftleitung 9 des Ver¬ dampfers 3 verbunden, so dass vorgewärmte, verdichtete Luft in den Verdampfer 3 geführt werden kann. Die Vorwärmeinheit 10 und der Kompressor 11 sind derart ausgebildet und an- geordnet, dass die der Umgebung entnommene Luft durch Wärmeaufnahme in der Vorwärmeinheit 10 und Verdichtung in dem Kompressor 11 auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht wird, dass in dem Verdampfer 3 infolge des Wärmetausches zwischen der Luft und dem flüssigen Arbeitsmedium dieses in den gasförmigen Zustand überführt wird.
Der Luftleitung 9 der Wärmetauscheinheit des Verdampfers 3 ist eine Druckturbine 16 nachgeschaltet, die von Luft angetrieben wird, die aus der Luftleitung 9 des Verdampfers 3 strömt.
Die Turbine 4, der Kompressor 11, sowie die Druckturbine 16 sind in der dargestellten Ausführungsform auf einer gemeinsamen Welle angeordnet.
Im Betrieb wird zunächst eine Anlaufphase durchlaufen, in welcher aus der Umgebung Luft entnommen und einlassseitig in die Sammeleinheit 12 der Vorwärmeinheit 10 geführt wird. Da die Sammeleinheit 12 als guter Absorber für Sonnenstrahlung ausgebildet ist, wird die Luft in dieser erwärmt, sofern Sonnenstrahlung auf die Oberfläche der Sammeleinheit 12 trifft. Zusätzlich wird der in der Sammeleinheit 12 be¬ findlichen Luft thermische Energie zugeführt, die mit der Solareinheit 13 gewonnen wird. Die Luft wird durch die Luftleitung 15 des Kondensators 7 zu dem Kompressor 11 geführt, in diesem verdichtet und so weiter erwärmt. Die vorgewärmte, verdichtete Luft wird in die Luftleitung 9 des als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfers 3 geführt. Ebenfalls durch den Verdampfer 3 strömt flüssiges Ar- beitsmedium - hier Wasser-, welches aus der Quelle 2 in die Arbeitsmediumleitung 8 geführt wird. So wird in dem Verdampfer 3 thermische Energie von der durch die Luftleitung 9 strömenden Luft auf das durch die Arbeitsmediumleitung 8 strömende Wasser übertragen. Durch diesen Wärmetausch steigt die Temperatur des Wasers an. So lange die Temperatur noch nicht hoch genug ist, um eine für den Antrieb der Turbine 4 ausreichende Verdampfung zu erzielen, wird die Turbine 4 überbrückt und das Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch wird durch die Bypassleitung 6 geführt und bei einem erneuten Durchlauf durch dem Verdampfer 3 weiter erwärmt. Zur Überwachung der Temperatur des Wassers bzw. Wasser-Dampf-Gemisches nach Austritt aus dem Verdampfer 3 ist ein nicht eingezeichnetes Thermostat vorgesehen. Wird eine ausreichend hohe Temperatur von dem Thermostat detektiert, wird die Anlaufphase beendet und der aus dem Verdampfer 3 tretende Wasserdampf wird durch die Turbine 4 geleitet. Diese wird durch die mit dem Phasenübergang verbundene Expansion angetrieben. In dem mit der Turbine 4 verbundenen Generator 5 wird unter Nutzung der mechanischen Energie der von dem Wasserdampf angetriebenen Turbine 4 Strom erzeugt.
Der aus der Turbine 4 tretende Wasserdampf wird anschließend in den Kondensator 7 geführt, in welchem thermische Energie von dem Wasserdampf auf durch die Leitung für Luft 15 des Kondensators 7 strömende Luft übertragen wird. Der Was¬ serdampf geht infolge der Abgabe der thermischen Energie wieder in den flüssigen Zustand über und wird in der als Sammelvorrichtung in Form eines Tanks ausgebildete Quelle 2, gesammelt. Das Wasser kann von dort erneut in den Verdampfer 3 geleitet werden.
Die aus der Luftleitung 9 des Verdampfers 3 tretende Luft wird der mit der Luftleitung 9 verbundenen Druckturbine 16 zugeführt und treibt diese an. Die mechanische Energie der angetriebenen Druckturbine 16 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem nicht eingezeichneten Gene¬ rator zur Stromerzeugung genutzt. Alternativ oder zusätzlich kann die mechanische Energie der Druckturbine 16 genutzt werden, um den Betrieb des Kompressors 11 zu unterstützen. Zu diesem Zweck sind die Druckturbine 16 und der Kompressor 11 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Die aus der Druckturbine 16 tretende Luft wird der Umgebung zugeführt.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bereitstellung von Strom unter Verwendung wenigstens eines geschlossenen Kreislaufes in dem ein fluides Arbeitsmedium zirkuliert, welches die folgenden Schritte umfasst:
- ein flüssiges Arbeitsmedium wird unter Zufuhr von thermischer Energie in einem Verdampfer (3) in den gasförmigen Zustand überführt und expandiert,
- mit dem expandierenden gasförmigen Arbeitsmedium wird eine Turbine (4) angetrieben, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Turbine zur Stromerzeugung genutzt wird,
- das Arbeitsmedium wird unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt,
- das Arbeitsmedium wird dem Verdampfer (3) in flüssigem Zustand erneut zugeführt, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Arbeitsmedium durch Wärmetausch mit aus der Umgebung entnommener Luft, welche vorgewärmt und an¬ schließend verdichtet und somit weiter erwärmt wurde, in dem Verdampfer (3) thermische Energie zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die der Umgebung entnommene Luft unter Verwendung von Solarenergie vorgewärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Umgebung entnommene Luft in einer Sammeleinheit (12) gesammelt und insbesondere in dieser vorgewärmt wird, bevor sie verdichtet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Umgebung entnommene Luft durch Wärmetausch mit aus der Turbine (4) tretendem gasförmigen Arbeitsmedium vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Turbine (4) tretende gasförmige Arbeitsmedium infolge des Wärmetausches mit der Luft in den flüssigen Zustand überführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Umgebung entnommene Luft außenseitig über die angetriebene Turbine (4) geführt und dadurch erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft in einem Kompressor (11) verdichtet wird, der insbesondere mit Solarenergie betrieben wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Wärmetausch mit dem flüssigen Arbeitsmedium aus dem Verdampfer (3) tretende Luft einer Druckturbine (16) zugeführt wird und diese antreibt, wobei insbesondere die mechanische Energie der angetriebenen Druckturbine (16) zur Stromerzeugung genutzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Druckturbine (16) tretende Luft wieder der Umgebung zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem Verlassen der Turbine (4) unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführte Arbeitsmedium in einer Sammelvorrichtung (2) gesammelt wird, bevor es dem Verdampfer erneut zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsmedium Wasser verwendet wird.
12. Vorrichtung (1) zur Bereitstellung von Strom unter Verwendung wenigstens eines geschlossenen Kreislaufes, in dem ein fluides Arbeitsmedium zirkuliert, mit:
- einer Quelle (2) für flüssiges Arbeitsmedium,
- einem der Quelle (2) nachgeschalteten Verdampfer (3) zur Überführung des flüssigen Arbeitsmediums in den gas¬ förmigen Zustand unter Zufuhr von thermischer Energie, - einer Turbine (4), die einlassseitig mit dem Auslass des Verdampfers (3) verbunden und ausgebildet ist, um von expandierendem gasförmigen Arbeitsmedium angetrieben zu werden, wobei die mechanische Energie der angetriebenen Turbine (6) insbesondere mittels eines Generators (5) zur Stromerzeugung genutzt wird, und
- einem der Turbine (4) nachgeschaltetem Kondensator (7), der ausgebildet ist, um Arbeitsmedium unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorwärmeinheit (10) zur Erwärmung von aus der Umgebung entnommener Luft und ein der Vorwärmeinheit (10) nachge¬ schalteter Kompressor (11) zur Verdichtung der Luft vorgesehen sind, und dass der Verdampfer (3) eine Wärmetau¬ scheinheit umfasst, in der eine Arbeitsmediumleitung (8) sowie eine Luftleitung (9) vorgesehen sind, wobei die Arbeitsmediumleitung (8) einlassseitig mit der Quelle (2) für flüssiges Arbeitsmedium und auslassseitig mit der Turbine (4) und die Luftleitung (9) einlassseitig mit dem Auslass des Kompressors (11) verbunden sind, und wobei die Wärmetauscheinheit derart ausgebildet ist, dass durch die Arbeitsmediumleitung (8) strömendem flüssigen Arbeitsmedium thermische Energie von durch die Luftleitung (9) strömender warmer, verdichteter Luft zugeführt wird.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmeinheit (10) eine Solareinheit (13) umfasst.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmeinheit (10) eine Sammeleinheit (12) umfasst, in welcher der Umgebung ent¬ nommene Luft gesammelt und vorgewärmt wird.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (7) als Wärmetauscher ausgebildet ist, in dem eine Arbeitsmedi¬ umleitung (14) sowie eine Luftleitung (15) vorgesehen sind, wobei die Arbeitsmediumleitung (14) einlassseitig mit dem Auslass der Turbine (4) und auslassseitig mit dem Einlass der Quelle (2) für flüssiges Arbeitsmedium und die Luftleitung
(15) einlassseitig mit einem Einlass für Luft und aus¬ lassseitig mit dem Kompressor (11) verbunden ist, und wobei der Wärmetauscher derart ausgebildet ist, dass von durch die Arbeitsmediumleitung (14) strömendem gasförmigen Arbeitsmedium thermische Energie an durch die Luftleitung (15) strömende Luft abgegeben wird.
16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (11) zur Verdichtung der Luft ausgebildet ist, um mit Solarenergie betrieben zu werden.
17. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftleitung (9) der Wärmetauscheinheit des Verdampfers (3) eine Druckturbine
(16) nachgeschaltet ist, die ausgebildet ist, um von aus der Luftleitung (9) strömender Luft angetrieben zu werden, wobei insbesondere ein Generator zur Stromerzeugung unter Nutzung der mechanischen Energie der angetriebenen Druckturbine (16) mit dieser verbunden ist.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (2) für flüssiges Arbeitsmedium eine Sammelvorrichtung zum Sammeln von Arbeitsmedium, welches in dem Kondensator unter Abgabe von thermischer Energie in den flüssigen Zustand rückgeführt wurde, umfasst.
PCT/EP2012/069706 2011-10-18 2012-10-05 Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom WO2013056987A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011054584.0 2011-10-18
DE201110054584 DE102011054584A1 (de) 2011-10-18 2011-10-18 Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Strom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013056987A2 true WO2013056987A2 (de) 2013-04-25
WO2013056987A3 WO2013056987A3 (de) 2014-04-03

Family

ID=46970326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/069706 WO2013056987A2 (de) 2011-10-18 2012-10-05 Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011054584A1 (de)
WO (1) WO2013056987A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3014179A2 (de) * 2013-08-28 2016-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Betriebsverfahren zum anfahren eines solarthermisch beheizten zwangdurchlaufdampferzeugers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1065666B (de) 1951-09-28 1959-09-17 Power Jets (Research &. Development) Limited London Kombinierte Gasturbmen-Dampferzeugungsanlage zur Lieferung sowohl von Wärmeenergie als auch mechanischer Leistung
US20100263380A1 (en) 2007-10-04 2010-10-21 United Technologies Corporation Cascaded organic rankine cycle (orc) system using waste heat from a reciprocating engine
US7942001B2 (en) 2005-03-29 2011-05-17 Utc Power, Llc Cascaded organic rankine cycles for waste heat utilization

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1874620A (en) * 1928-05-26 1932-08-30 Stephen C Radford System for utilizing fluid pressure
DE2945969A1 (de) * 1979-11-14 1981-05-27 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Sonnenkraftwerksanlage mit einem auf einem turm angeordneten strahlungswaermetauscher und einem den turm umgebenden kuehlturm
DE2948306A1 (de) * 1979-11-30 1981-06-04 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Einrichtung zum teillastbetrieb eines solarkraftwerkes
WO2011077248A2 (en) * 2009-12-23 2011-06-30 Goebel, Olaf Combined cycle solar power generation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1065666B (de) 1951-09-28 1959-09-17 Power Jets (Research &. Development) Limited London Kombinierte Gasturbmen-Dampferzeugungsanlage zur Lieferung sowohl von Wärmeenergie als auch mechanischer Leistung
US7942001B2 (en) 2005-03-29 2011-05-17 Utc Power, Llc Cascaded organic rankine cycles for waste heat utilization
US20100263380A1 (en) 2007-10-04 2010-10-21 United Technologies Corporation Cascaded organic rankine cycle (orc) system using waste heat from a reciprocating engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011054584A1 (de) 2013-04-18
WO2013056987A3 (de) 2014-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008045450B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines thermodynamischen Kreislaufes sowie thermodynamischer Kreislauf
DE69927925T2 (de) Abhitzewiedergewinnung in einem organischen Energiewandler mittels einem Zwischenflüssigkeitskreislauf
DE102007041457B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung der Wärmeenergie einer Niedertemperatur-Wärmequelle in mechanische Energie
EP2368021B1 (de) Abhitzedampferzeuger sowie ein verfahren zum verbesserten betrieb eines abhitzedampferzeugers
EP2101051A1 (de) Speicherung elektrischer Energie mit Wärmespeicher und Rückverstromung mittels eines thermodynamischen Kreisprozesses
WO2008113798A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur zwischenüberhitzung bei solarer direktverdampfung in einem solarthermischen kraftwerk
EP2201222A2 (de) Vorrichtung zur energieumwandlung, kraft-wärme-kopplung mit einer derartigen vorrichtung und verfahren zum betreiben einer orc-anlage
EP1870646B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Kondensationswärme aus einem thermodynamischen Kreisprozess
EP4251859A1 (de) System und verfahren zur speicherung und abgabe von elektrischer energie mit deren speicherung als wärmeenergie
EP0981681B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage und verfahren zur kühlung des kühlmittels der gasturbine einer derartigen anlage
DE102004041108C5 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ausführen eines verbesserten ORC-Prozesses
WO2011045047A2 (de) (o) rc-verfahren für die abwärmenachverstromung bei biomasseverbrennung, sowie entsprechende einrichtung
WO2015003898A1 (de) Vorwärmsystem und verfahren mit einem solchen vorwärmsystem
WO2008055720A2 (de) Arbeitsmedium für dampfkreisprozesse
DE102012110579A1 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung von Prozessdampf
WO2013056987A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom
DE202004013299U1 (de) Vorrichtung zum Ausführen eines verbesserten ORC-Prozesses
EP2596224A1 (de) Antriebssystem für ein fahrzeug
DE102009043720A1 (de) Carnotisierter Rankineprozess für Solarthermische Kraftwerke
WO2017081248A1 (de) Anordnung und verfahren zur rückgewinnung von energie aus der abwärme mindestens einer brennkraftmaschine
WO1995025880A1 (de) Verfahren zum betreiben eines abhitzedampferzeugers sowie danach arbeitender abhitzedampferzeuger
DE102006043409A1 (de) Stromerzeugung im Grundlastbereich mit geothermischer Energie
EP3152487B1 (de) Anordnung mit mehreren wärmeübertragern und verfahren zum verdampfen eines arbeitsmediums
EP2473715A2 (de) Verfahren und einrichtung zur energieerzeugung insbesondere aus biomasse oder biomasseenergieträgern
DE102011016117A1 (de) Verfahren zur Erzeugung mechanischer/elektrischer Energie mithilfe eines Wasserdampf-Zweidruck-Rankine-Prozesses

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct app. not ent. europ. phase

Ref document number: 12768845

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2