WO2013185909A1 - Method for operating a power plant, and power plant - Google Patents

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WO2013185909A1
WO2013185909A1 PCT/EP2013/001711 EP2013001711W WO2013185909A1 WO 2013185909 A1 WO2013185909 A1 WO 2013185909A1 EP 2013001711 W EP2013001711 W EP 2013001711W WO 2013185909 A1 WO2013185909 A1 WO 2013185909A1
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WO
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heat
steam
working medium
waste heat
superheater
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Application number
PCT/EP2013/001711
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Hans-Jürgen MAASS
Christoph Stiller
Stefan Hübner
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Linde Aktiengesellschaft
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    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
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    • F01K23/06—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 combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
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    • F22B1/021—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes in which flows a non-specified heating fluid
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    • 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
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power plant, in which a guided in a closed steam cycle working medium during the passage of three immediately downstream in the flow direction in a waste heat boiler units preheater, evaporator and superheater at constant pressure over a heating gas heat is supplied to the first liquid
  • Heat storage is initiated, removed from the heat time lag and fed to the working medium.
  • the invention relates to a power plant, which can be operated by the method according to the invention.
  • Power grid would come.
  • the demand for electricity is not constant over time. For example, during the day it is about three times as large as at night. It is also higher on weekdays than on weekends and is higher in winter than in summer. By switching on and off or the up and
  • Frequency fluctuations or even leads to a failure of the power grid it is supplied to power storage such as pumped and compressed air storage power plants, which can be controlled very quickly and within minutes between power consumption and
  • Gu D power plants Through an increased use of "simple" constructed gas and steam power plants (hereinafter referred to as Gu D power plants), the problem described can be mitigated because they have a relatively high electrical efficiency of more than 50% and relatively short start times and a high one
  • Gas turbine be used in the waste heat boiler of a downstream steam generator for generating superheated steam, which is expanded in a single-stage steam turbine work, are able to compensate for short-term fluctuations in the public grid.
  • CCGTs of the most modern design are designed with a multi-stage steam turbine and have reheaters, which are also located in the waste heat boiler, and in which the relaxed in a pressure stage of the turbine steam is reheated prior to its introduction into the following pressure stage.
  • This makes it possible to approximate the cooling curve of the gas turbine exhaust gases and the heating curve of water or steam and thus to minimize exergy losses.
  • power plants achieve electrical efficiencies of more than 60%, but because of their highly complex structure, they have only a very low load flexibility and are therefore less suitable to compensate for rapid network fluctuations.
  • the patent application DE10260992 proposes a heat accumulator arranged parallel to the steam generator into which a subset of the hot gas turbine exhaust gas can be introduced in order to deliver heat to a storage mass.
  • Stored heat is removed from the heat storage tank with a time delay via a gas flow and used for steam generation, including the gas stream heated in the heat steamer is added to the gas turbine exhaust gas before entering the waste heat boiler of the steam generator.
  • the patent application provides, during the heat storage to operate the gas turbine with a higher and / or the steam turbine with a lower than the rated power.
  • the gas turbine works with a lower and / or the steam turbine with a higher than the rated power when heat is removed from the heat storage. Inevitably occur in this mode losses, which reduce the electrical efficiency of the Gu D power plant sensitive.
  • the object of the invention is therefore to provide a method of the generic type and a power plant to be operated according to this method by which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • This object is achieved procedurally according to the invention that the majority of the heat removed from the heat storage for
  • the predominant part of the heat removed from the heat accumulator is to be understood as a fraction which is greater than 50% and preferably greater than 70% of the total heat removed from the heat accumulator. Particularly preferred is the entire heat removed from the heat storage
  • the steam turbine of a generic power plant can be operated either in the normal, in the on or in the Aus Grandemodus.
  • the amount of the working medium supplied during normal mode of the steam turbine and hereinafter referred to as the normal amount is - apart from the characteristics of the system - determined solely by the thermodynamic parameters of the fuel gas.
  • the amount of the steam generation process heat is removed and introduced into the heat accumulator, the amount of the steam
  • the method according to the invention makes it possible to reduce the exergy losses which inevitably occur during heat transfer to the working medium in comparison to the prior art and thus to compensate for the losses occurring during the temporary storage of the heat. This will be explained in more detail with reference to the T-Q diagram of Figure 1, in which the Anürmkurve the working medium and the cooling curves of the fuel gas in normal and Aus shallmodus are shown schematically.
  • the heating curve 1 of the working medium in the normal mode is composed of the three sub-curves 1A, 1 B and 1C.
  • the liquid working medium is heated in the preheater according to the curve 1 A up to its vaporization temperature T v and evaporated in the evaporator at a constant temperature, as shown by the curve 1B.
  • the steam formed is finally overheated by further energy supply according to curve 1C to the live steam temperature T F.
  • the heating gas is cooled in accordance with the curve 2, which extends between the inlet temperature in the waste heat boiler T and the outlet temperature T of substantially constant gradient.
  • the curve 5 shows the cooling of the fuel gas in the Ausssenmodus again, in which the amount of the working medium is increased compared to the normal amount.
  • the heating gas therefore transfers both in the superheater, as well as in the preheater larger amounts of heat and is cooled more than in the normal mode, which by the greater slope of the cooling curve 5 with respect to the curve 2 and the flatter course of the partial curves 3C and 3A of the heating curve 3 with respect to the curves 1C and 1A is expressed. Since a portion of the working fluid is vaporized by heat removed from the heat accumulator, only a portion of the working fluid flows through the evaporator, which is smaller than the amount to be evaporated in the normal mode of the working medium.
  • the amount of heat to be transferred in the evaporator is correspondingly lower, which leads to a shortening of the evaporation curve 3B in comparison to the corresponding curve 1 B of the normal mode.
  • the amount of working medium passed through the evaporator is chosen so that a temperature difference to the heating curve 3B required for effective heat transfer is always maintained. Cooling curve 5 and heating curve 3 therefore run in the Ausatoriummodus with a shorter distance and close a much smaller area than the
  • a partial amount can be diverted from the heating gas flow, which is subsequently removed heat for introduction into the heat accumulator.
  • the part of the heating gas that has cooled down can then be discharged from the process.
  • it is preferably introduced into the waste heat boiler, specifically at a point at which its temperature corresponds to the temperature of the hot gas flowing at the point of introduction or deviates from it by not more than 100 ° C.
  • the cooled partial amount of the heating gas upstream of the evaporator and downstream of the superheater is introduced into the waste heat boiler.
  • a further preferred variant of the method provides that heat is removed from the heating gas in the region of the superheater via a heat exchanger arranged in the waste heat boiler and through which a heat transfer medium flows.
  • Heat transfer medium which may be, for example, a molten salt, and absorbs heat from the Schugasstrom at the passage of the heat exchanger, is subsequently introduced into a heat storage and / or heat by heat exchange to a heat storage, removed from the heat with a time delay and is supplied to the steam generating process.
  • Another preferred method variant provides for a subset of the
  • the gas phase of the cooled portion of the live steam is usefully returned to the steam generation process upstream of the superheater and downstream of the evaporator recycled, while the liquid phase is preferably introduced downstream of the preheater and upstream of the evaporator.
  • FIG. 2 is to be explained in more detail, in which the Anürmkurve the working medium and the cooling curves of the fuel gas in normal and Ein agendamodus are shown schematically.
  • the heat to be stored is in this case a partial flow of the
  • the heating curve 1, which is divided into the three partial curves 1A, 1 B and 1 C, and the cooling curve 2 of the heating gas in the normal mode run as the corresponding curves in the TQ diagram of Figure 1.
  • the curve 4 indicates the cooling of the heating gas in the waste heat boiler during the storage mode, where the amount of working fluid is less than the normal amount. Upstream of the waste heat boiler, a subset of the hot gas is diverted, the size of which is adjusted so that the remaining amount of hot gas is cooled at the superheater more than in the normal mode, which is expressed by the steep compared to the cooling curve 2 part curve 4C. Downstream of the superheater will be outside the
  • Waste heat boiler cooled subset of the fuel gas introduced into the waste heat boiler and admixed to the superheater cooled heating gas flow the two Schugasteilströme at the point of introduction have substantially the same temperatures.
  • the partial curves 4A and 4B of the cooling curve 4 are flatter than the Abkühlkurve 2. Since the cooling curve 4 has a much smaller distance to heating curve 1 and with this a clear Including smaller area, the exergy losses in the waste heat boiler are also lower in the storage mode than in the normal mode. In the storage mode, the fuel gas leaves the waste heat boiler at a much higher temperature than in the
  • Aus modifies the cooled fuel gas in a subsequent process in which, for example, heat is provided for feeding into a district heating network.
  • any power plant in which superheated steam is generated in a waste heat boiler in order to operate in accordance with the method according to the invention becomes.
  • the method is used to operate a combined cycle power plant, wherein the hot exhaust gas of one or more gas turbines serves as heating gas.
  • an oxidizing agent and / or a fuel are added to the hot exhaust gas in order to increase the temperature and the energy content of the heating gas.
  • the inventive method can significantly increase the flexibility, in particular, of "simple" combined cycle power plants with a single-stage steam turbine, which are thus particularly suitable for use in compensating for grid fluctuations in the save mode, increased in times
  • the power plant is operated in all three modes with the same amount of fuel gas, so that only the amount of im
  • Steam generator having a closed steam cycle with a preheater, an evaporator and a superheater and a waste heat boiler, in which the preheater, the evaporator and the superheater are arranged, through which a feasible through the waste heat boiler heating heat can be withdrawn, as well as a Exchange device, through which the steam generator heat withdrawn and can be introduced into a heat accumulator, from the heat with a time delay removed and the steam generator can be fed.
  • the object is achieved device-side according to the invention that the exchange device is connected to the steam generator so that
  • Heat accumulator removed heat evaporated and the steam generated while bypassing the evaporator can be introduced into the superheater.
  • the exchange device is connected to the steam generator such that a subset of the fuel gas can be withdrawn heat before its introduction into the waste heat boiler and introduced into the heat storage.
  • the exchange device with the waste heat boiler is connected so that the cooled in the heat transfer to the heat storage subset of
  • Hot gas downstream of the superheater and upstream of the evaporator can be introduced into the waste heat boiler and returned to the heating gas stream.
  • a heat exchanger is arranged through which a heat transfer medium can be performed to extract heat from the heating gas by indirect heat exchange and initiate into the heat storage.
  • a further embodiment of the power plant according to the invention provides that the
  • Exchange device is connected to the outlet side of the superheater, so that a subset of the emerging from the superheater working medium heat can be withdrawn and introduced into the heat accumulator.
  • the exchange device is connected in this case with the steam generator so that the cooled in the heat transfer to the heat storage subset of
  • Working medium at a downstream of the evaporator and located upstream of the superheater point can be returned to the steam cycle.
  • a power plant according to the invention can have as heat storage device, which is known from the prior art for the storage of heat.
  • it comprises a molten salt reservoir containing molten salt as the heat storage medium.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the power plant is a combined cycle power plant which has one or more gas turbines connected to the waste heat boiler such that the hot exhaust gas of the turbine or turbines can be introduced into the waste heat boiler as heating gas ,
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the steam turbine is designed as a single-stage steam turbine.
  • FIG. 3 shows a power plant according to the invention which is operated in the withdrawal mode.
  • FIG. 4 shows a power plant according to the invention which is operated in the storage mode.
  • a working medium which is preferably water.
  • a working medium which is preferably water.
  • Waste heat boiler A are arranged, passed.
  • a heating gas 3 which is preferably the exhaust gas of one or more gas turbines, out, which emits a portion of its thermal energy to the working fluid.
  • the superheated, generated in the waste heat boiler A steam 2 is working expanded in the connected to the generator G steam turbine W, whereby electric power 4 is produced.
  • the condenser E1 the expanded working medium 5 is liquefied and introduced into the tank T, from which it is removed by means of the pump P and fed back to the preheater B.
  • the Aus Grande modus the full amount of the heating gas 3 is passed through the entire waste heat boiler A.
  • a subset 6 of the working medium is diverted from the steam cycle D and passed to the evaporation via the heat exchanger E2, which is connected to the heat accumulator S.
  • the energy required for the evaporation of the subset 6 is in this case taken from the heat storage S, while the remaining amount of the working medium in the evaporator V is evaporated by heat exchange with the heating gas 3.
  • the steam 7 formed in the heat exchanger E2 is subsequently returned downstream of the evaporator V and upstream of the superheater U back into the steam cycle D, so that the entire amount of the working medium converted to superheated steam 2 and can be relaxed in the steam turbine W work.
  • Waste heat boiler A initiated and cooled with the overheater U
  • Heating gas stream 10 combined to 9 Bank of Water. It makes sense to have the two Schugasströme 9 and 10 at the admixing Z equal temperatures.
  • the combined heating gas stream 1 1 is further cooled at the evaporator V and the preheater B, before he leaves the waste heat boiler A as the exhaust gas 12 and is released into the atmosphere.

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Abstract

The invention relates to a power plant (K) and to a method for operating the power plant, in which method, as a working medium which is conducted in a closed steam circuit (D) passes through the three assemblies preheater (B), evaporator (V) and superheater (U) which are arranged in direct succession in a waste heat boiler (A) in a flow direction, heat is supplied to said working medium at constant pressure by means of a heating gas (3), which flows through the waste heat boiler (A) in counter-current configuration with respect to the working medium, in order to preheat the initially liquid working medium (1) and convert it into fresh steam (2), said fresh steam subsequently being expanded, performing work, in a steam turbine (W) which is coupled to an electrical generator (G), wherein heat is extracted from the steam generation process and is introduced into a heat store (S) from which, after a time delay, heat is extracted and supplied to the working medium. The invention is characterized in that the predominant amount of the heat extracted from the heat store (S) is used to evaporate a part of the working medium (6) which is warmed up in the preheater (B), said working medium directly thereafter being superheated in the superheater (U) and being expanded, performing work, in the steam turbine (W). During the extraction of heat from the heat store (S), the flow rate of the working medium is lowered in relation to the normal flow rate, and during the introduction of heat into the heat store (S), the flow rate of the working medium is increased in relation to the normal flow rate.

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks sowie Kraftwerk Method for operating a power plant and power plant
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks, in dem einem in einem geschlossenen Dampfkreislauf geführten Arbeitsmedium während der Passage der drei in Strömungsrichtung unmittelbar aufeinander folgend in einem Abhitzekessel angeordneten Aggregate Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer bei konstantem Druck über ein Heizgas Wärme zugeführt wird, um das zunächst flüssige The invention relates to a method for operating a power plant, in which a guided in a closed steam cycle working medium during the passage of three immediately downstream in the flow direction in a waste heat boiler units preheater, evaporator and superheater at constant pressure over a heating gas heat is supplied to the first liquid
Arbeitsmedium vorzuwärmen und zu Frischdampf umzusetzen, der nachfolgend in einer mit einem Stromgenerator gekoppelten Dampfturbine arbeitsleistend entspannt wird, wobei dem Dampferzeugungsprozess Wärme entzogen und in einen Preheat working medium and convert to live steam, which is subsequently expanded in a power-coupled with a steam generator steam generator, the heat extracted from the steam generation process and into a
Wärmespeicher eingeleitet wird, aus dem Wärme zeitversetzt entnommen und dem Arbeitsmedium zugeführt wird.  Heat storage is initiated, removed from the heat time lag and fed to the working medium.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftwerk, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Furthermore, the invention relates to a power plant, which can be operated by the method according to the invention.
Bei der Erzeugung elektrischer Energie für das öffentliche Stromnetz ist stets darauf zu achten, dass sich Stromangebot und -nachfrage die Waage halten, da es andernfalls zu Spannungs- und Frequenzschwankungen oder sogar zu einem Ausfall des When generating electrical energy for the public power grid, always ensure that the supply and demand of electricity balance each other, otherwise voltage and frequency fluctuations or even failure of the power supply will occur
Stromnetzes kommen würde. Grundsätzlich ist die Stromnachfrage zeitlich nicht konstant. Beispielsweise ist sie während des Tages ca. dreimal so groß wie in der Nacht. Auch an Werktagen ist sie höher als an Wochenenden und im Winter ist sie höher als im Sommer. Durch das Zu- und Abschalten bzw. das Herauf- und Power grid would come. In principle, the demand for electricity is not constant over time. For example, during the day it is about three times as large as at night. It is also higher on weekdays than on weekends and is higher in winter than in summer. By switching on and off or the up and
Herunterregeln von Kraftwerksleistung wird versucht, die Unterschiede zwischen Stromangebot und -nachfrage auszugleichen. Dies ist jedoch einerseits uneffektiv, da die Wirkungsgrade bestehender Kraftwerke im Teillastbetrieb drastisch absinken, und andererseits umso schwieriger, je schneller und überraschender sich solche Downsizing power plant performance is attempting to offset the differences between electricity supply and demand. However, this is on the one hand ineffective, since the efficiencies of existing power plants fall dramatically in part-load operation, and on the other hand the more difficult, the faster and more surprising such
Unterschiede einstellen. Der verstärkte Einsatz erneuerbarer Energien zur Set differences. The increased use of renewable energies for
Stromerzeugung wird diese Problematik in Zukunft noch verschärfen. Da Sonne, Wind und Wasser zeitlich nicht konstant verfügbar sind und ihre Verfügbarkeit darüber hinaus nur schlecht vorhersagbar ist, kann es auch auf Seiten der Stromanbieter zu schnellen und überraschenden Schwankungen mit Stromspitzen kommen, die nur unvollständig von den Stromverbrauchern abgenommen werden können. Um zu verhindern, dass dieser sog. Spitzenstrom zu Spannungs- und Electricity generation will exacerbate this problem in the future. Since sun, wind and water are not constantly available in time and their availability beyond that is only poorly predictable, it can also come on the part of the electricity providers to rapid and surprising fluctuations with peak currents, which can only be incompletely removed from the power consumers. In order to prevent this so-called peak current to voltage and
Frequenzschwankungen oder sogar zu einem Ausfall des Stromnetzes führt, wird er Stromspeichern wie Pump- und Druckluftspeicherkraftwerken zugeführt, die besonders schnell regelbar und innerhalb von Minuten zwischen Stromaufnahme und Frequency fluctuations or even leads to a failure of the power grid, it is supplied to power storage such as pumped and compressed air storage power plants, which can be controlled very quickly and within minutes between power consumption and
Stromabgabe umschaltbar sind. Derartige Kraftwerke können jedoch nicht in beliebiger Zahl errichtet werden, da die hierfür notwendigen geografischen bzw. geologischen Voraussetzungen nur an wenigen Orten erfüllt sind. Darüber hinaus haben Stromabgabe are switchable. However, such power plants can not be erected in any number, since the necessary geographic or geological prerequisites are met only in a few places. In addition, have
insbesondere Druckluftspeicherkraftwerke mit ca. 42% einen relativ niedrigen especially compressed air storage power plants with about 42% a relatively low
Wirkungsgrad. Efficiency.
Durch einen verstärkten Einsatz von„einfach" aufgebauten Gas-und-Dampf- Kraftwerken (im Weiteren kurz als Gu D-Kraftwerke bezeichnet) kann die beschriebene Problematik entschärft werden, da sie einen relativ hohen elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 50% sowie vergleichsweise kurze Startzeiten und eine hohe Through an increased use of "simple" constructed gas and steam power plants (hereinafter referred to as Gu D power plants), the problem described can be mitigated because they have a relatively high electrical efficiency of more than 50% and relatively short start times and a high one
Lastflexibilität aufweisen. Derartige Kraftwerke, in denen die heißen Abgase einerHave load flexibility. Such power plants, in which the hot exhaust gases of a
Gasturbine im Abhitzekessel eines nachgeschalteten Dampferzeugers zur Erzeugung von überhitztem Wasserdampf genutzt werden, der in einer einstufigen Dampfturbine arbeitsleistend entspannt wird, sind in der Lage, kurzfristig auftretende Schwankungen im öffentlichen Stromnetz auszugleichen. Gas turbine be used in the waste heat boiler of a downstream steam generator for generating superheated steam, which is expanded in a single-stage steam turbine work, are able to compensate for short-term fluctuations in the public grid.
GuD-Kraftwerke modernster Bauart sind mit einer mehrstufigen Dampfturbine ausgeführt und verfügen über Zwischenüberhitzer, die ebenfalls im Abhitzekessel angeordnet sind, und in denen der in einer Druckstufe der Turbine entspannte Dampf vor seiner Einleitung in die folgende Druckstufe zwischenüberhitzt wird. Dadurch ist es möglich, die Abkühlkurve der Gasturbinenabgase und die Aufheizkurve von Wasser bzw. Dampf einander anzunähern und so die Exergieverluste zu minimieren. Solche Kraftwerke erreichen zwar elektrische Wirkungsgrade von mehr als 60%, wegen ihres hochkomplexen Aufbaus besitzen sie jedoch nur eine sehr geringe Lastflexibilität und sind daher wenig geeignet, schnelle Netzschwankungen auszugleichen. CCGTs of the most modern design are designed with a multi-stage steam turbine and have reheaters, which are also located in the waste heat boiler, and in which the relaxed in a pressure stage of the turbine steam is reheated prior to its introduction into the following pressure stage. This makes it possible to approximate the cooling curve of the gas turbine exhaust gases and the heating curve of water or steam and thus to minimize exergy losses. Although such power plants achieve electrical efficiencies of more than 60%, but because of their highly complex structure, they have only a very low load flexibility and are therefore less suitable to compensate for rapid network fluctuations.
Um die Flexibilität von GuD-Kraftwerken zu erhöhen, wird in der Patentanmeldung DE10260992 ein parallel zum Dampferzeuger angeordneter Wärmespeicher vorgeschlagen, in den eine Teilmenge des heißen Gasturbinenabgases eingeleitet werden kann, um Wärme an eine Speichermasse abzugeben. Gespeicherte Wärme wird zeitversetzt über einen Gasstrom wieder aus dem Wärmespeicher entnommen und zur Dampferzeugung eingesetzt, wozu der im Wärmespeierter erhitzte Gasstrom dem Gasturbinenabgas vor Eintritt in den Abhitzekessel des Dampferzeugers zugemischt wird. Die Patentanmeldung sieht vor, während der Wärmespeicherung die Gasturbine mit einer höheren und/oder die Dampfturbine mit einer geringeren als der Nennleistung zu betreiben. Dagegen arbeitet die Gasturbine mit einer geringeren und/oder die Dampfturbine mit einer höheren als der Nennleistung, wenn Wärme aus dem Wärmespeicher entnommen wird. Unvermeidlich treten bei dieser Betriebsweise Verluste auf, die den elektrischen Wirkungsgrad des Gu D-Kraftwerks empfindlich reduzieren. In order to increase the flexibility of combined cycle power plants, the patent application DE10260992 proposes a heat accumulator arranged parallel to the steam generator into which a subset of the hot gas turbine exhaust gas can be introduced in order to deliver heat to a storage mass. Stored heat is removed from the heat storage tank with a time delay via a gas flow and used for steam generation, including the gas stream heated in the heat steamer is added to the gas turbine exhaust gas before entering the waste heat boiler of the steam generator. The patent application provides, during the heat storage to operate the gas turbine with a higher and / or the steam turbine with a lower than the rated power. In contrast, the gas turbine works with a lower and / or the steam turbine with a higher than the rated power when heat is removed from the heat storage. Inevitably occur in this mode losses, which reduce the electrical efficiency of the Gu D power plant sensitive.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie ein nach diesem Verfahren zu betreibendes Kraftwerk anzugeben, durch welche die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der überwiegende Teil der aus dem Wärmespeicher entnommenen Wärme zur The object of the invention is therefore to provide a method of the generic type and a power plant to be operated according to this method by which the disadvantages of the prior art are overcome. This object is achieved procedurally according to the invention that the majority of the heat removed from the heat storage for
Verdampfung eines Teils des im Vorwärmer angewärmten Arbeitsmediums verwendet wird, das unmittelbar anschließend im Überhitzer überhitzt und arbeitsleistend in der Dampfturbine entspannt wird. Evaporation of a portion of the warmed in the preheater working medium is used, which is then superheated immediately superheater and work expanded in the steam turbine.
Unter dem überwiegenden Teil der dem Wärmespeicher entnommenen Wärme ist dabei ein Anteil zu verstehen, der größer als 50% und vorzugsweise größer als 70% der gesamten aus dem Wärmespeicher entnommenen Wärme ist. Besonders bevorzugt wird die gesamte aus dem Wärmespeicher entnommene Wärme The predominant part of the heat removed from the heat accumulator is to be understood as a fraction which is greater than 50% and preferably greater than 70% of the total heat removed from the heat accumulator. Particularly preferred is the entire heat removed from the heat storage
ausschließlich zur Verdampfung eines Teils des im Vorwärmer angewärmten exclusively for the evaporation of part of the warmed in preheater
Arbeitsmediums verwendet. Working medium used.
Die Dampfturbine eines gattungsgemäßen Kraftwerks kann entweder im Normal-, im Ein- oder im Ausspeichermodus betrieben werden. Die während des Normalmodus der Dampfturbine zugeführte und im Weiteren als Normalmenge bezeichnete Menge des Arbeitsmediums wird - abgesehen von den Kennzahlen der Anlage - ausschließlich von den thermodynamischen Parametern des Heizgases bestimmt. Dagegen ist während des Einspeichermodus, wenn dem Dampferzeugungsprozess Wärme entnommen und in den Wärmespeicher eingeleitet wird, die Menge des der The steam turbine of a generic power plant can be operated either in the normal, in the on or in the Ausspeichermodus. The amount of the working medium supplied during normal mode of the steam turbine and hereinafter referred to as the normal amount is - apart from the characteristics of the system - determined solely by the thermodynamic parameters of the fuel gas. In contrast, during the storage mode, when the steam generation process heat is removed and introduced into the heat accumulator, the amount of the
Dampfturbine zugeführten Arbeitsmediums im Vergleich zur Normalmenge erniedrigt und während des Ausspeichermodus, wenn dem Dampferzeugungsprozess Wärme aus dem Wärmespeicher zugeführt wird, erhöht. Steam turbine supplied working medium lowered compared to the normal amount and during the Ausspeichermodus when the steam generating process heat is supplied from the heat accumulator increases.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die bei der Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium unvermeidlich auftretenden Exergieverluste im Vergleich zum Stand der Technik zu reduzieren und so die bei der Zwischenspeicherung der Wärme auftretenden Verluste zu kompensieren. Dies soll anhand des T-Q-Diagramms der Figur 1 näher erläutert werden, in dem die Anwärmkurve des Arbeitsmediums sowie die Abkühlkurven des Heizgases in Normal- und Ausspeichermodus schematisch dargestellt sind. The method according to the invention makes it possible to reduce the exergy losses which inevitably occur during heat transfer to the working medium in comparison to the prior art and thus to compensate for the losses occurring during the temporary storage of the heat. This will be explained in more detail with reference to the T-Q diagram of Figure 1, in which the Anwärmkurve the working medium and the cooling curves of the fuel gas in normal and Ausspeichermodus are shown schematically.
Die Aufheizkurve 1 des Arbeitsmediums im Normalmodus setzt sich aus den drei Teilkurven 1A, 1 B und 1C zusammen. Das flüssige Arbeitsmedium wird im Vorwärmer entsprechend der Kurve 1 A bis zu seiner Verdampfungstemperatur Tv aufgeheizt und im Verdampfer bei konstanter Temperatur verdampft, wie es die Kurve 1B zeigt. Im Überhitzer wird der gebildete Dampf schließlich durch weitere Energiezufuhr gemäß Kurve 1C bis auf die Frischdampftemperatur TF überhitzt. Gleichzeitig wird das Heizgas entsprechend der Kurve 2 abgekühlt, die zwischen der Eintrittstemperatur in den Abhitzekessel Tein und der Austrittstemperatur Taus im Wesentlichen mit konstanter Steigung verläuft. The heating curve 1 of the working medium in the normal mode is composed of the three sub-curves 1A, 1 B and 1C. The liquid working medium is heated in the preheater according to the curve 1 A up to its vaporization temperature T v and evaporated in the evaporator at a constant temperature, as shown by the curve 1B. In the superheater the steam formed is finally overheated by further energy supply according to curve 1C to the live steam temperature T F. At the same time, the heating gas is cooled in accordance with the curve 2, which extends between the inlet temperature in the waste heat boiler T and the outlet temperature T of substantially constant gradient.
Die Kurve 5 gibt die Abkühlung des Heizgases im Ausspeichermodus wieder, in dem die Menge des Arbeitsmediums im Vergleich zur Normalmenge erhöht ist. Das Heizgas überträgt daher sowohl im Überhitzer, als auch im Vorwärmer größere Wärmemengen und wird dabei stärker abgekühlt als im Normalmodus, was durch die größere Steigung der Abkühlkurve 5 gegenüber der Kurve 2 und den flacheren Verlauf der Teilkurven 3C und 3A der Aufheizkurve 3 gegenüber den Kurven 1C und 1A zum Ausdruck kommt. Da ein Teil des Arbeitsmediums durch aus dem Wärmespeicher entnommene Wärme verdampft wird, strömt nur eine Teilmenge des Arbeitsmediums durch den Verdampfer, die kleiner als die im Normalmodus zu verdampfenden Menge des Arbeitsmediums ist. Entsprechend geringer ist auch die im Verdampfer zu übertragende Wärmemenge, was zur Verkürzung der Verdampfungskurve 3B im Vergleich zu der entsprechenden Kurve 1 B des Normalmodus führt. Die Menge des durch den Verdampfer geführten Arbeitsmediums wird so gewählt, dass ein für eine effektive Wärmeübertragung erforderlicher Temperaturabstand zur Aufheizkurve 3B stets erhalten bleibt. Abkühlkurve 5 und Aufheizkurve 3 verlaufen daher im Ausspeichermodus mit geringerem Abstand und schließen eine deutlich kleinere Fläche als die The curve 5 shows the cooling of the fuel gas in the Ausspeichermodus again, in which the amount of the working medium is increased compared to the normal amount. The heating gas therefore transfers both in the superheater, as well as in the preheater larger amounts of heat and is cooled more than in the normal mode, which by the greater slope of the cooling curve 5 with respect to the curve 2 and the flatter course of the partial curves 3C and 3A of the heating curve 3 with respect to the curves 1C and 1A is expressed. Since a portion of the working fluid is vaporized by heat removed from the heat accumulator, only a portion of the working fluid flows through the evaporator, which is smaller than the amount to be evaporated in the normal mode of the working medium. The amount of heat to be transferred in the evaporator is correspondingly lower, which leads to a shortening of the evaporation curve 3B in comparison to the corresponding curve 1 B of the normal mode. The amount of working medium passed through the evaporator is chosen so that a temperature difference to the heating curve 3B required for effective heat transfer is always maintained. Cooling curve 5 and heating curve 3 therefore run in the Ausspeichermodus with a shorter distance and close a much smaller area than the
entsprechenden Kurven 2 und 1 des Normalmodus ein. Da die Fläche zwischen Abkühl- und Aufheizkurve ein Maß für die bei der Wärmeübertragung auftretenden Exergieverluste ist, macht das T-Q-Diagramm einen entscheidenden Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich. corresponding curves 2 and 1 of the normal mode. Since the area between the cooling and heating curve is a measure of the exergy losses occurring during the heat transfer, the T-Q diagram makes a decisive advantage of the method according to the invention clear.
Um das Kraftwerk im Einspeichermodus zu betreiben, sind mehrere To operate the power plant in the memory mode, there are several
Verfahrensvarianten denkbar, die alleine oder in Kombination angewendet werden können. Beispielsweise kann stromaufwärts des Abhitzekessels eine Teilmenge aus dem Heizgasstrom abgezweigt werden, der nachfolgend Wärme zur Einleitung in den Wärmespeicher entzogen wird. Die hierbei abgekühlte Teilmenge des Heizgases kann anschließend aus dem Prozess ausgeschleust werden. Bevorzugt wird sie jedoch in den Abhitzekessel eingeleitet, und zwar an einer Stelle, an der ihre Temperatur der Temperatur des an der Einleitungsstelle strömenden Heizgases entspricht oder von dieser um nicht mehr als 100°C abweicht. Besonders bevorzugt wird die abgekühlte Teilmenge des Heizgases stromaufwärts des Verdampfers und stromabwärts des Überhitzers in den Abhitzekessel eingeleitet. Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass dem Heizgas im Bereich des Überhitzers Wärme über einen im Abhitzekessel angeordneten und von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauscher entzogen wird. Das Process variants conceivable that can be used alone or in combination. For example, upstream of the waste heat boiler, a partial amount can be diverted from the heating gas flow, which is subsequently removed heat for introduction into the heat accumulator. The part of the heating gas that has cooled down can then be discharged from the process. However, it is preferably introduced into the waste heat boiler, specifically at a point at which its temperature corresponds to the temperature of the hot gas flowing at the point of introduction or deviates from it by not more than 100 ° C. Particularly preferably, the cooled partial amount of the heating gas upstream of the evaporator and downstream of the superheater is introduced into the waste heat boiler. A further preferred variant of the method provides that heat is removed from the heating gas in the region of the superheater via a heat exchanger arranged in the waste heat boiler and through which a heat transfer medium flows. The
Wärmeträgermedium, bei dem es sich beispielsweise um eine Salzschmelze handeln kann, und das bei der Passage des Wärmetauschers Wärme aus dem Heizgasstrom aufnimmt, wird nachfolgend in einen Wärmespeicher eingeleitet und/oder gibt Wärme durch Wärmetausch an einen Wärmespeicher ab, aus dem Wärme zeitversetzt entnommen und dem Dampferzeugungsprozess zugeführt wird. Heat transfer medium, which may be, for example, a molten salt, and absorbs heat from the Heizgasstrom at the passage of the heat exchanger, is subsequently introduced into a heat storage and / or heat by heat exchange to a heat storage, removed from the heat with a time delay and is supplied to the steam generating process.
Eine andere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, eine Teilmenge des Another preferred method variant provides for a subset of the
Frischdampfes stromabwärts des Überhitzers und stromaufwärts der Dampfturbine abzuzweigen und dieser Wärme zur Zwischenspeicherung zu entziehen, wobei der Dampf zumindest teilweise kondensiert werden kann. Die Gasphase der abgekühlten Teilmenge des Frischdampfes wird sinnvollerweise stromaufwärts des Überhitzers und stromabwärts des Verdampfers wieder in den Dampferzeugungsprozess zurückgeführt, während die Flüssigphase vorzugsweise stromabwärts des Vorwärmers und stromaufwärts des Verdampfers eingeleitet wird. Fresh steam downstream of the superheater and upstream of the steam turbine and divert this heat for intermediate storage, the steam can be at least partially condensed. The gas phase of the cooled portion of the live steam is usefully returned to the steam generation process upstream of the superheater and downstream of the evaporator recycled, while the liquid phase is preferably introduced downstream of the preheater and upstream of the evaporator.
Ebenso wie im Ausspeichermodus lassen sich im Einspeichermodus die Just as in the Ausstichermodus can be in the memory mode, the
Exergieverluste im Abhitzekessel reduzieren, was anhand des T-Q-Diagramms inExergy losses in the waste heat boiler reduce, which is based on the T-Q diagram in
Figur 2 näher erklärt werden soll, in dem die Anwärmkurve des Arbeitsmediums sowie die Abkühlkurven des Heizgases in Normal- und Einspeichermodus schematisch dargestellt sind. Die zu speichernde Wärme wird hierbei einem Teilstrom des Figure 2 is to be explained in more detail, in which the Anwärmkurve the working medium and the cooling curves of the fuel gas in normal and Einspeichermodus are shown schematically. The heat to be stored is in this case a partial flow of the
Heizgases entzogen. Heating gas withdrawn.
Die Aufheizkurve 1 , die sich in die drei Teilkurven 1A, 1 B und 1 C gliedert, sowie die Abkühlkurve 2 des Heizgases im Normalmodus verlaufen wie die entsprechenden Kurven im T-Q-Diagramm der Figur 1. Die Kurve 4 gibt die Abkühlung des Heizgases im Abhitzekessel während des Einspeichermodus wieder, in dem die Menge des Arbeitsmediums geringer ist als die Normalmenge. Stromaufwärts des Abhitzekessels wird ein Teilmenge des Heizgases abgezweigt, deren Größe so eingestellt wird, dass die verbleibende Heizgasmenge am Überhitzer stärker als im Normalmodus abgekühlt wird, was durch die im Vergleich zur Abkühlkurve 2 steiler verlaufende Teilkurve 4C zum Ausdruck kommt. Stromabwärts des Überhitzers wird die außerhalb des The heating curve 1, which is divided into the three partial curves 1A, 1 B and 1 C, and the cooling curve 2 of the heating gas in the normal mode run as the corresponding curves in the TQ diagram of Figure 1. The curve 4 indicates the cooling of the heating gas in the waste heat boiler during the storage mode, where the amount of working fluid is less than the normal amount. Upstream of the waste heat boiler, a subset of the hot gas is diverted, the size of which is adjusted so that the remaining amount of hot gas is cooled at the superheater more than in the normal mode, which is expressed by the steep compared to the cooling curve 2 part curve 4C. Downstream of the superheater will be outside the
Abhitzekessels abgekühlte Teilmenge des Heizgases in den Abhitzekessel eingeleitet und dem am Überhitzer abgekühlten Heizgasstrom zugemischt, wobei die beiden Heizgasteilströme an der Einleitungsstelle weitgehend gleiche Temperaturen aufweisen. Für die Verdampfung und Vorwärmung des Arbeitsmediums steht damit die gesamte Heizgasmenge zur Verfügung, so dass die Teilkurven 4A und 4B der Abkühlkurve 4 flacher verlaufen, als die Abkühlkurve 2. Da die Abkühlkurve 4 einen wesentlich geringeren Abstand zu Aufheizkurve 1 besitzt und mit dieser eine deutlich geringere Fläche einschließt, sind die Exergieverluste im Abhitzekessel auch im Einspeichermodus geringer als im Normalmodus. Im Einspeichermodus verlässt das Heizgas den Abhitzekessel mit einer weit höheren Temperatur als im Waste heat boiler cooled subset of the fuel gas introduced into the waste heat boiler and admixed to the superheater cooled heating gas flow, the two Heizgasteilströme at the point of introduction have substantially the same temperatures. For the evaporation and preheating of the working fluid is thus the entire amount of fuel available, so that the partial curves 4A and 4B of the cooling curve 4 are flatter than the Abkühlkurve 2. Since the cooling curve 4 has a much smaller distance to heating curve 1 and with this a clear Including smaller area, the exergy losses in the waste heat boiler are also lower in the storage mode than in the normal mode. In the storage mode, the fuel gas leaves the waste heat boiler at a much higher temperature than in the
Ausspeichermodus. Dies erlaubt es, das abgekühlte Heizgas in einem nachfolgenden Prozess weiter zu nutzen, in dem beispielsweise Wärme zur Einspeisung in ein Fernwärmenetz zur Verfügung gestellt wird. Ausspeichermodus. This makes it possible to continue to use the cooled fuel gas in a subsequent process in which, for example, heat is provided for feeding into a district heating network.
Prinzipiell eignet sich jedes Kraftwerk, in dem in einem Abhitzekessel überhitzter Dampf erzeugt wird, um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden. Vorzugsweise wird das Verfahren jedoch dazu eingesetzt, um ein GuD- Kraftwerk zu betreiben, wobei das heiße Abgas einer oder mehrerer Gasturbinen als Heizgas dient. Nicht ausgeschlossen werden soll, dass dem heißen Abgas ein Oxidationsmittel und/oder ein Brennstoff zugemischt werden, um die Temperatur und den Energieinhalt des Heizgases zu erhöhen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Flexibilität insbesondere von„einfachen" GuD-Kraftwerken mit einer lediglich einstufigen Dampfturbine deutlich erhöht werden, die sich dadurch besonders für den Einsatz zum Ausgleich von Netzschwankungen eignen. Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, das Kraftwerk in Zeiten erhöhten Stromangebots im Einspeichermodus, in Zeiten erhöhten In principle, any power plant in which superheated steam is generated in a waste heat boiler in order to operate in accordance with the method according to the invention is suitable become. Preferably, however, the method is used to operate a combined cycle power plant, wherein the hot exhaust gas of one or more gas turbines serves as heating gas. It should not be ruled out that an oxidizing agent and / or a fuel are added to the hot exhaust gas in order to increase the temperature and the energy content of the heating gas. The inventive method can significantly increase the flexibility, in particular, of "simple" combined cycle power plants with a single-stage steam turbine, which are thus particularly suitable for use in compensating for grid fluctuations in the save mode, increased in times
Strombedarfs im Ausspeichermodus und in Zeiten eines ausgeglichenen Strommarkts im Normalmodus zu betreiben. Vorzugsweise wird das Kraftwerk in allen drei Modi mit derselben Heizgasmenge betrieben, so dass lediglich die Menge des im Power requirements in the withdrawal mode and in times of a balanced electricity market in normal mode to operate. Preferably, the power plant is operated in all three modes with the same amount of fuel gas, so that only the amount of im
Dampfkreislauf umlaufenden Arbeitsmediums geändert wird. Für ein GuD-Kraftwerk bedeutet dies, dass die Gasturbine oder die Gasturbinen, die einen deutlich schlechteren Teillastwirkungsgrad im Vergleich zur Dampfturbine aufweisen, konstant mit optimaler Leistung betrieben werden können. Zur Zwischenspeicherung der Wärme können eine Vielzahl von Wärmespeichern eingesetzt werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Vorzugsweise sollen aber erfindungsgemäß Salzschmelzespeicher verwendet werden, in denen Salzschmelze als Speichermedium dient. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, als Arbeitsmedium Wasser zur verwenden, das als überhitzter oder überkritischer Dampf in der Dampfturbine entspannt wird. Ebenfalls möglich ist der Einsatz von Ammoniak oder eines Kohlenwasserstoffs wie Butan oder Pentan als Arbeitsmedium. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftwerk mit einer mit einem Stromgenerator gekoppelten Dampfturbine und einem mit der Dampfturbine verbundenen Steam cycle circulating working medium is changed. For a combined cycle power plant this means that the gas turbine or gas turbines, which have a significantly lower partial load efficiency compared to the steam turbine, can be operated constantly with optimum performance. For the intermediate storage of the heat, a plurality of heat accumulators can be used, as are known from the prior art. Preferably, however, according to the invention salt melt accumulators are to be used, in which molten salt serves as storage medium. According to the invention, it is provided to use water as the working medium, which is expanded as superheated or supercritical steam in the steam turbine. Also possible is the use of ammonia or a hydrocarbon such as butane or pentane as the working medium. Furthermore, the invention relates to a power plant with a coupled to a power generator steam turbine and a connected to the steam turbine
Dampferzeuger, der einen geschlossen Dampfkreislauf mit einem Vorwärmer, einem Verdampfer und einem Überhitzer sowie einen Abhitzekessel aufweist, in dem der Vorwärmer, der Verdampfer und der Überhitzer angeordnet sind, über die einem durch den Abhitzekessel führbaren Heizgas Wärme entzogen werden kann, sowie einer Austauscheinrichtung, über die dem Dampferzeuger Wärme entzogen und in einen Wärmespeicher eingeleitet werden kann, aus dem Wärme zeitversetzt entnehm- und dem Dampferzeuger zuführbar ist. Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Austauscheinrichtung mit dem Dampferzeuger so verbunden ist, dass Steam generator having a closed steam cycle with a preheater, an evaporator and a superheater and a waste heat boiler, in which the preheater, the evaporator and the superheater are arranged, through which a feasible through the waste heat boiler heating heat can be withdrawn, as well as a Exchange device, through which the steam generator heat withdrawn and can be introduced into a heat accumulator, from the heat with a time delay removed and the steam generator can be fed. The object is achieved device-side according to the invention that the exchange device is connected to the steam generator so that
stromabwärts des Vorwärmers und stromaufwärts des Verdampfers ein Teil des im Dampfkreislauf führbaren Arbeitsmediums abgezweigt, mit Hilfe von aus dem downstream of the preheater and upstream of the evaporator branched off part of the feasible in the steam cycle working medium, with the aid of from the
Wärmespeicher entnommener Wärme verdampft und der dabei erzeugte Dampf unter Umgehung des Verdampfers in den Überhitzer eingeleitet werden kann. Heat accumulator removed heat evaporated and the steam generated while bypassing the evaporator can be introduced into the superheater.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Austauscheinrichtung mit dem Dampferzeuger derart verbunden ist, dass einer Teilmenge des Heizgases vor ihrer Einleitung in den Abhitzekessel Wärme entzogen und in den Wärmespeicher eingeleitet werden kann. Vorzugsweise ist die Austauscheinrichtung mit dem Abhitzekessel so verbunden, dass die bei der Wärmeabgabe an den Wärmespeicher abgekühlte Teilmenge des It is further provided that the exchange device is connected to the steam generator such that a subset of the fuel gas can be withdrawn heat before its introduction into the waste heat boiler and introduced into the heat storage. Preferably, the exchange device with the waste heat boiler is connected so that the cooled in the heat transfer to the heat storage subset of
Heizgases stromabwärts des Überhitzers und stromaufwärts des Verdampfers in den Abhitzekessel eingeleitet und in den Heizgasstrom zurückgeführt werden kann. Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks sieht vor, dass im Bereich des Überhitzers im Abhitzekessel ein Wärmetauscher angeordnet ist, durch den ein Wärmeträgermedium geführt werden kann, um dem Heizgas durch indirekten Wärmetausch Wärme zu entziehen und in den Wärmespeicher einzuleiten. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks sieht vor, dass dieHot gas downstream of the superheater and upstream of the evaporator can be introduced into the waste heat boiler and returned to the heating gas stream. Another embodiment of the power plant according to the invention provides that in the region of the superheater in the waste heat boiler, a heat exchanger is arranged through which a heat transfer medium can be performed to extract heat from the heating gas by indirect heat exchange and initiate into the heat storage. A further embodiment of the power plant according to the invention provides that the
Austauscheinrichtung mit der Austrittseite des Überhitzers verbunden ist, so dass einer Teilmenge des aus dem Überhitzer austretenden Arbeitsmediums Wärme entzogen und in den Wärmespeicher eingeleitet werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Austauscheinrichtung in diesem Fall mit dem Dampferzeuger so verbunden, dass die bei der Wärmeabgabe an den Wärmespeicher abgekühlte Teilmenge des Exchange device is connected to the outlet side of the superheater, so that a subset of the emerging from the superheater working medium heat can be withdrawn and introduced into the heat accumulator. Appropriately, the exchange device is connected in this case with the steam generator so that the cooled in the heat transfer to the heat storage subset of
Arbeitsmediums an einer stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts des Überhitzers gelegenen Stelle in den Dampfkreislauf zurückgeführt werden kann.  Working medium at a downstream of the evaporator and located upstream of the superheater point can be returned to the steam cycle.
Prinzipiell kann ein erfindungsgemäßes Kraftwerk als Wärmespeicher jede Einrichtung aufweisen, die aus dem Stand der Technik zur Speicherung von Wärme bekannt ist. Vorzugsweise umfasst sie jedoch einen Salzschmelzespeicher, der als Wärmespeichermedium Salzschmelze enthält. In principle, a power plant according to the invention can have as heat storage device, which is known from the prior art for the storage of heat. Preferably, however, it comprises a molten salt reservoir containing molten salt as the heat storage medium.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Kraftwerk um ein GuD-Kraftwerk handelt, das eine oder mehrere mit dem Abhitzekessel derart verbundene Gasturbinen aufweist, dass das heiße Abgas der Turbine oder der Turbinen als Heizgas in den Abhitzekessel eingeleitet werden kann. A preferred embodiment of the invention provides that the power plant is a combined cycle power plant which has one or more gas turbines connected to the waste heat boiler such that the hot exhaust gas of the turbine or turbines can be introduced into the waste heat boiler as heating gas ,
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dampfturbine als einstufige Dampfturbine ausgeführt ist. A further preferred embodiment of the invention provides that the steam turbine is designed as a single-stage steam turbine.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren 3 und 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den beiden Figuren sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in Figures 3 and 4. In the two figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Die Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftwerk, das im Ausspeichermodus betrieben wird. FIG. 3 shows a power plant according to the invention which is operated in the withdrawal mode.
Die Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftwerk, das im Einspeichermodus betrieben wird. FIG. 4 shows a power plant according to the invention which is operated in the storage mode.
In dem geschlossenen Dampfkreislauf D des Kraftwerks K zirkuliert ein Arbeitsmedium, bei dem es sich vorzugsweise um Wasser handelt. Um aus dem zunächst flüssigen Arbeitsmedium 1 überhitzten Dampf 2 zu erzeugen, wird es durch die drei Aggregate Vorwärmer B, Verdampfer V und Überhitzer U, die aufeinander folgend im In the closed steam cycle D of the power plant K circulates a working medium, which is preferably water. To generate from the initially liquid working fluid 1 superheated steam 2, it is through the three units preheater B, evaporator V and superheater U, the successive in the
Abhitzekessel A angeordnet sind, geleitet. Durch den Abhitzekessel A wird gleichzeitig ein Heizgas 3, bei dem es sich vorzugsweise um das Abgas einer oder mehrerer Gasturbinen handelt, geführt, das einen Teil seiner thermischen Energie an das Arbeitsmedium abgibt. Der überhitzte, im Abhitzekessel A erzeugte Dampf 2 wird arbeitsleistend in der mit dem Generator G verbundenen Dampfturbine W entspannt, wodurch elektrischer Strom 4 produziert wird. Im Kondensator E1 wird das entspannte Arbeitsmedium 5 verflüssigt und in den Tank T eingeleitet, aus dem es mit Hilfe der Pumpe P entnommen und wieder dem Vorwärmer B zugeführt wird. Im Ausspeichermodus wird die volle Menge des Heizgases 3 durch den gesamten Abhitzekessel A geführt. Stromaufwärts des Vorwärmers B und stromabwärts des Verdampfers V wird eine Teilmenge 6 des Arbeitsmediums aus dem Dampfkreislauf D abgezweigt und zur Verdampfung über den Wärmetauscher E2 geleitet, der mit dem Wärmespeicher S verbunden ist. Die für die Verdampfung der Teilmenge 6 benötigte Energie wird hierbei dem Wärmespeicher S entnommen, während die übrige Menge des Arbeitsmediums im Verdampfer V durch Wärmetausch mit dem Heizgas 3 verdampft wird. Der im Wärmetauscher E2 gebildete Dampf 7 wird nachfolgend stromabwärts des Verdampfers V und stromaufwärts des Überhitzers U wieder in den Dampfkreislauf D zurückgeführt, so dass die gesamte Menge des Arbeitsmediums zu überhitztem Dampf 2 umgesetzt und in der Dampfturbine W arbeitsleistend entspannt werden kann. Waste heat boiler A are arranged, passed. By the waste heat boiler A is simultaneously a heating gas 3, which is preferably the exhaust gas of one or more gas turbines, out, which emits a portion of its thermal energy to the working fluid. The superheated, generated in the waste heat boiler A steam 2 is working expanded in the connected to the generator G steam turbine W, whereby electric power 4 is produced. In the condenser E1, the expanded working medium 5 is liquefied and introduced into the tank T, from which it is removed by means of the pump P and fed back to the preheater B. In the Ausspeichermodus the full amount of the heating gas 3 is passed through the entire waste heat boiler A. Upstream of the preheater B and downstream of the evaporator V, a subset 6 of the working medium is diverted from the steam cycle D and passed to the evaporation via the heat exchanger E2, which is connected to the heat accumulator S. The energy required for the evaporation of the subset 6 is in this case taken from the heat storage S, while the remaining amount of the working medium in the evaporator V is evaporated by heat exchange with the heating gas 3. The steam 7 formed in the heat exchanger E2 is subsequently returned downstream of the evaporator V and upstream of the superheater U back into the steam cycle D, so that the entire amount of the working medium converted to superheated steam 2 and can be relaxed in the steam turbine W work.
Während des Einspeichermodus wird eine Teilmenge 8 des Heizgases 3 During the storage mode, a subset 8 of the heating gas 3
stromaufwärts des Abhitzekessels A abgezweigt und über den ebenfalls mit dem Wärmespeicher S verbundenen Wärmetauscher E2 geführt, wo ihm ein Teil seiner Wärme zur Zwischenspeicherung im Wärmespeicher S entzogen wird. Die abgekühlte Teilmenge des Heizgases 9 wird nachfolgend an der stromabwärts des Überhitzers U und stromaufwärts des Verdampfers V gelegenen Zumischstelle Z in den branched off upstream of the waste heat boiler A and passed over the also connected to the heat storage S heat exchanger E2, where a part of its heat for temporary storage in the heat storage S is withdrawn. The cooled subset of the heating gas 9 is subsequently to the mixing point Z located downstream of the superheater U and upstream of the evaporator V in the
Abhitzekessel A eingeleitet und mit dem über den Überhitzer U gekühlten Waste heat boiler A initiated and cooled with the overheater U
Heizgasstrom 10 zum Heizgasstrom 9 vereinigt. Sinnvollerweise besitzen die beiden Heizgasströme 9 und 10 an der Zumischstelle Z gleiche Temperaturen. Der vereinigte Heizgasstrom 1 1 wird am Verdampfer V und am Vorwärmer B weiter gekühlt, bevor er den Abhitzekessel A als Abgas 12 verlässt und in die Atmosphäre freigesetzt wird.  Heating gas stream 10 combined to 9 Heizgasstrom. It makes sense to have the two Heizgasströme 9 and 10 at the admixing Z equal temperatures. The combined heating gas stream 1 1 is further cooled at the evaporator V and the preheater B, before he leaves the waste heat boiler A as the exhaust gas 12 and is released into the atmosphere.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks (K), in dem einem in einem Method for operating a power plant (K), in which one in one
geschlossenen Dampfkreislauf (D) geführten Arbeitsmedium während der Passage der drei in Strömungsrichtung unmittelbar aufeinander folgend in einem Abhitzekessel (A) angeordneten Aggregate Vorwärmer (B), Verdampfer (V) und Überhitzer (U) bei konstantem Druck über ein im Gegenstrom zum Arbeitsmedium durch den Abhitzekessel (A) strömendes Heizgas (3) Wärme zugeführt wird, um das zunächst flüssige Arbeitsmedium (1) vorzuwärmen und zu Frischdampf (2) umzusetzen, der nachfolgend in einer mit einem Stromgenerator (G) gekoppelten Dampfturbine (W) arbeitsleistend entspannt wird, wobei dem closed steam cycle (D) guided working medium during the passage of three immediately downstream in the flow direction in a waste heat boiler (A) units preheater (B), evaporator (V) and superheater (U) at a constant pressure over a countercurrent to the working medium through the Waste heat boiler (A) flowing heating gas (3) heat is supplied to preheat the initially liquid working medium (1) and to live steam (2), which is subsequently expanded in a power generator (G) coupled to a steam turbine (W) to perform work, the
Dampferzeugungsprozess Wärme entzogen und in einen Wärmespeicher (S) eingeleitet wird, aus dem Wärme zeitversetzt entnommen und dem Arbeitsmedium zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil der aus dem Wärmespeicher (S) entnommenen Wärme zur Verdampfung eines Teils des im Vorwärmer (B) angewärmten Arbeitsmediums (6) verwendet wird, das unmittelbar anschließend im Überhitzer (U) überhitzt und arbeitsleistend in der Dampfturbine (W) entspannt wird. Steam extraction process heat extracted and in a heat storage (S) is introduced, is removed from the heat and supplied to the working medium, characterized in that the predominant part of the heat storage (S) extracted heat to evaporate a portion of the preheater (B) warmed working medium (6) is used, which is immediately superheated in the superheater (U) and work in the steam turbine (W) is relaxed.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einer vor dem Eintritt in den Abhitzekessel (A) aus dem Heizgasstrom (3) abgezweigten Teilmenge (8) Wärme entzogen und in den Wärmespeicher (S) eingeleitet wird. A method according to claim 1, characterized in that before the entry into the waste heat boiler (A) from the heating gas flow (3) branched subset (8) heat withdrawn and introduced into the heat storage (S).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der A method according to claim 2, characterized in that in the
Wärmeabgabe an den Wärmespeicher (S) abgekühlte Teilmenge des Heizgases (9) stromaufwärts des Verdampfers (V) und stromabwärts des Überhitzers (U) mit der Temperatur des an diese Stelle durch den Abhitzekessel strömenden Heat output to the heat storage (S) cooled subset of the heating gas (9) upstream of the evaporator (V) and downstream of the superheater (U) with the temperature of the point flowing through the waste heat boiler at this point
Heizgases (10) in den Abhitzekessel (A) eingeleitet und in den Heizgasstrom zurückgeführt wird. Hot gas (10) is introduced into the waste heat boiler (A) and returned to the heating gas stream.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizgas (3) im Bereich des Überhitzers (U) Wärme über einen im Abhitzekessel (A) angeordneten und von einem Wärmeträgermedium durchströmten Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heating gas (3) in the region of the superheater (U) heat via a waste heat boiler (A) arranged and flowed through by a heat transfer medium
Wärmetauscher entzogen und in den Wärmespeicher (S) eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Abgas einer Gasturbine als Heizgas (3) in den Abhitzekessel (A) eingeleitet wird. Heat exchanger withdrawn and introduced into the heat storage (S). Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hot exhaust gas of a gas turbine is introduced as heating gas (3) in the waste heat boiler (A).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in Zeiten geringen Strombedarfs Wärme in den Wärmespeicher (S) eingeleitet und in Zeiten hohen Strombedarfs aus dem Wärmespeicher (S) entnommen wird. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in times of low power consumption heat in the heat storage (S) is introduced and removed in times of high power demand from the heat storage (S).
Kraftwerk (K) mit einer mit einem Stromgenerator (G) gekoppelten Dampfturbine (W) und einem mit der Dampfturbine (W) verbundenen Dampferzeuger, der einen geschlossen Dampfkreislauf (D) mit einem Vorwärmer (B), einem Verdampfer (V) und einem Überhitzer (U) sowie einen Abhitzekessel (A) aufweist, in dem der Vorwärmer (B), der Verdampfer (V) und der Überhitzer (U) angeordnet sind, über die einem durch den Abhitzekessel (A) führbaren Heizgas (3) Wärme entzogen werden kann, sowie einer Austauscheinrichtung (E2), über die dem Power plant (K) with a steam generator (W) coupled to a power generator (G) and a steam generator connected to the steam turbine (W), which has a closed steam circuit (D) with a preheater (B), an evaporator (V) and a superheater (U) and a waste heat boiler (A), in which the preheater (B), the evaporator (V) and the superheater (U) are arranged, through which a through the waste heat boiler (A) feasible heating gas (3) heat are removed , as well as an exchange (E2), over which the
Dampferzeuger Wärme entzogen und in einen Wärmespeicher (S) eingeleitet werden kann, aus dem Wärme zeitversetzt entnehm- und dem Dampferzeuger zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauscheinrichtung (E2) mit dem Dampferzeuger so verbunden ist, dass stromabwärts des Vorwärmers (B) und stromaufwärts des Verdampfers (V) ein Teil des im Dampfkreislauf führbaren Arbeitsmediums (6) abgezweigt, mit Hilfe von aus dem Wärmespeicher entnommener Wärme verdampft und der dabei erzeugte Dampf (7) unter Steam generator heat withdrawn and can be introduced into a heat storage (S), from the heat with a time delay and supplied to the steam generator, characterized in that the exchange device (E2) is connected to the steam generator so that downstream of the preheater (B) and upstream of the evaporator (V) branched off a part of the feasible in the steam cycle working medium (6), evaporated by means of heat removed from the heat storage and the steam generated thereby (7) below
Umgehung des Verdampfers (V) in den Überhitzer (U) eingeleitet werden kann. Bypassing of the evaporator (V) in the superheater (U) can be initiated.
Kraftwerk (K) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Power plant (K) according to claim 7, characterized in that the
Austauscheinrichtung (E2) mit dem Dampferzeuger derart verbunden ist, dass einer Teilmenge des Heizgases (8) vor ihrer Einleitung in den Abhitzekessel (A) Wärme entzogen und in den Wärmespeicher (S) eingeleitet werden kann. Exchange device (E2) is connected to the steam generator such that a subset of the heating gas (8) prior to their introduction into the waste heat boiler (A) withdrawn heat and in the heat storage (S) can be initiated.
Kraftwerk (K) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauscheinrichtung (E2) mit dem Abhitzekessel (A) so verbunden ist, dass die bei der Wärmeabgabe an den Wärmespeicher (S) abgekühlte Teilmenge des Heizgases (9) stromabwärts des Überhitzers (U) und stromaufwärts des Power plant (K) according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the exchange device (E2) with the waste heat boiler (A) is connected so that the heat dissipation to the heat storage (S) cooled subset of the heating gas (9) downstream the superheater (U) and upstream of the
Verdampfers (V) in den Abhitzekessel (A) eingeleitet und in den Heizgasstrom zurückgeführt werden kann. Evaporator (V) can be introduced into the waste heat boiler (A) and returned to the heating gas stream.
10. Kraftwerk (K) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (S) eine Salzschmelze als Speichermedium aufweist. 10. Power plant (K) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the heat accumulator (S) comprises a molten salt as storage medium.
11. Kraftwerk (K) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Gasturbine aufweist, die mit dem Abhitzekessel (A) verbunden ist, so dass das heiße Abgas der Gasturbine als Heizgas (3) in den Abhitzekessel (A) eingeleitet werden kann. 11. Power plant (K) according to one of claims 7 to 10, characterized in that it comprises a gas turbine, which is connected to the waste heat boiler (A), so that the hot exhaust gas of the gas turbine as heating gas (3) in the waste heat boiler (A ) can be initiated.
12. Kraftwerk (K) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine als einstufige Dampfturbine ausgeführt ist. 12 power plant (K) according to one of claims 7 to 11, characterized in that the steam turbine is designed as a single-stage steam turbine.
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