WO2016166024A1 - Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage an standorten mit zu geringer brennstoffversorgung - Google Patents

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WO2016166024A1
WO2016166024A1 PCT/EP2016/057734 EP2016057734W WO2016166024A1 WO 2016166024 A1 WO2016166024 A1 WO 2016166024A1 EP 2016057734 W EP2016057734 W EP 2016057734W WO 2016166024 A1 WO2016166024 A1 WO 2016166024A1
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power plant
power
plant
supply line
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PCT/EP2016/057734
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Manfred Nixdorf
Karl-Heinz PERSICKE
Wilhelm Thiele
Ralf VOWINKEL
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/60—Application making use of surplus or waste energy
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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    • 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 at locations with insufficient fuel supply, and a power plant.
  • Power plants in particular large gas power plants for
  • Electricity production must be built on sites where an adequate supply of fuel, insbeson ⁇ particular is ensured by a fuel gas such as natural gas.
  • a fuel gas such as natural gas.
  • gas-fired power plants are erected close to large supply pipelines, such as natural gas pipelines (transmission lines). Through natural gas pipelines, the natural gas is transported and distributed over long distances with different amounts of gas.
  • These high-pressure pipelines have a gas pressure of about 84 bar in Germany. From the pipeline branches off a dense regional low-pressure gas network up to the end ⁇ consumers from whose gas pressure is about 16 bar or lower.
  • Gas-fired power plants can be started and regulated quickly and are therefore often used as control and peak load power plants (Peaker).
  • the quantities of gas consumed such a gas-fired power plant ⁇ thus are often highly variable, which is a particular challenge to the gas supply, which must compensate for the fluctuating consumption of natural gas.
  • the power plant comprises a gas turbine, a gas liquefaction plant, a liquefied gas storage, and an evaporator.
  • gas is supplied from a supply line of Gasverflüssi generating installation (Liquefier) and liquefied therein, WO in a liquid gas (LNG) is formed, which is stored in the liquid storage .
  • LNG liquid gas
  • liquefied gas is removed from the liquid ⁇ gas store, evaporated in the evaporator, and is fed in the gaseous state to the combustion process of the gas turbine.
  • the gas turbine In the first operating state no power is required by the power plant. In this condition, the gas turbine either shuts down or runs at low power in standby or low load, but it is not operated at rated load. In this state, the natural gas through the supply line from the natural gas network sufficient to operate the gas turbine at low power. In this state, gas is continuously supplied from the supply line of the gas liquefaction plant and liquefied, and stored in the downstream liquefied gas storage. The liquefaction takes place with the aid of the compression energy from the supply line by means of an integrated cold turbine.
  • the gas liquefaction plant consists of a compressor station and "Liquefier-Cyro" units, which are interconnected in such a way that the gas is compressed and cooled in several stages
  • Liquefied natural gas is stored in a liquefied natural gas storage.
  • the storage can be cryogenic under atmospheric pressure or under pressure.
  • power is required by the power plant ⁇ plant.
  • the gas turbine is operated in a rich ⁇ Nennlastbe, wherein the consumption of natural gas is greater than the natural gas, which can be provided ⁇ through the supply line.
  • liquefied gas is vaporized in the evaporator and / or gaseous gas is supplied to the gas turbine.
  • the gas turbine can be operated either from ⁇ finally with the re-evaporated gas, or with a mixture of gas from the supply line and re-evaporated gas.
  • the liquefied gas is returned to the gas phase.
  • the spoke ⁇ tion of the liquefied gas (LNG) is stored atmospheric, the gas must be brought back to the erfor ⁇ sary for the gas turbine pressure. This requires an additional pump.
  • the invention is based on the one hand on the consideration that it is possible by caching of natural gas in the form of LNG to build power plants at locations where there is otherwise only an insufficient gas supply for the power plant.
  • the fuel of the gas turbine is stored in the first operating state as LNG.
  • the system consists of first and second operating state is an energy storage, which allows a decoupling of gas and electricity or district heating ⁇ demand . It is particularly advantageous that a power increase can be achieved by the gas turbine operating ⁇ in the second operating state.
  • the LNG is higher than natural gas from the supply line, as inert gas components such as nitrogen or carbon dioxide and pollutants are removed during LPG generation. This allows the power plant to regulate its performance in a higher control range.
  • the power plant analysis can continue to be operated without interruption even in the event of sudden failure of the fuel from the supply line, since the stored liquefied gas is integrated in the gas supply system of the overall system.
  • the inventive power plant availability is thus no longer coupled directly to the Verheg ⁇ bility of the gas supply system and is therefore ER- considerably increased.
  • the combination of gas turbine, Gasverf ⁇ lüss Trentsstrom, liquefied gas storage and evaporator can be understood as energy storage.
  • vaporized gas from the Spei ⁇ cher is fed back into the supply line.
  • the power plant operator can either compensate for pressure fluctuations in the supply line or, in the event of a complete supply failure, supply other connected consumers, which are also affected by the supply failure, with gas.
  • the power plant operator can also remove and sell the LNG for other purposes. This allows the power plant operator additional revenue. Since the gas liquefaction plant is relatively small ausfal ⁇ len can, the compressor and the condenser are operated with electric power generated in the power plant.
  • the power plant according to the invention distinguishes itself as ⁇ by pure LNG plants with an electric power generator from, as there is the gas liquefaction plant is driven by zusurbanli ⁇ chen gas turbines.
  • the size of the gas liquefaction plant ie the amount of gas that can be liquefied by the gas liquefaction plant per unit time, preferably in dependence on the supply ⁇ power of the gas network, dimensioned.
  • the gas ⁇ liquefaction plant is designed as small as possible, so that on the one hand, the investment costs for the Gasverillonungs- aläge, and on the other hand, the electrical power that must be patternsge ⁇ provides the power plant to liquefy the gas, are as minimal as possible.
  • the gas liquefaction plant in the first operating state, is used to take advantage by selectively connecting or disconnecting the gas liquefaction plant ⁇ a power control of the power plant. Under certain circumstances, the power control can also be used for frequency control or frequency support.
  • the gas liquefaction plant corresponds to a consumer ⁇ cher, the only runs in the first mode, and can be easily turned off.
  • the cooling energy released in the evaporator during evaporation is used to cool the intake air of the gas turbine by passing the vaporized gas in heat exchange with the intake air.
  • the cooling energy of crawlverdampfenden gas can thereby directly, or are transmitted to the intake air of the gas turbine by means of ei ⁇ nes heat transfer medium.
  • the block power depending on the design of the power plant and environmental conditions is a sti ⁇ delay the block power, depending on the type of system and drive Vorkühlver- possible by between 5 and 10%.
  • the cooling of the intake air can also be regulated, so that in the second operating state, the operating flexibility of the power plant can be increased.
  • the invention directed to a device object is achieved by the features of claim 6.
  • the erfindungsge ⁇ Permitted power plant comprising a gas turbine, a gas ⁇ liquefaction plant for the liquefaction of gas, a liq ⁇ siggas embark for storing the liquefied gas (LNG), and an evaporator for re-evaporation of the liquefied gas, wherein the gas turbine and the gas liquefaction plant are connected to a supply line.
  • the gas turbine is designed so that it can burn more gas during operation, as can be provided by the supply line of the power plant.
  • the gas turbine In operation, the gas turbine is operated in the nominal load range, in which the fuel consumption is high.
  • the invention is characterized in that the gas turbine can be operated in the nominal load range even if the fuel consumption during operation is higher than the maximum amount of fuel that can be supplied through the gas pipeline of the gas turbine.
  • the amount of gas that can supply a pipeline depends on the diameter of the pipe and the pressure.
  • the evaporator is connected to the supply line, so that liquefied gas can be passed after re-evaporation in the supply line. This allows the power plant to feed gas back into the supply line.
  • the power plant further comprises an electric drive which drives the gas liquefaction plant.
  • the power consumption of the electric drive is at least 5% of the electric power of the power plant.
  • a control device is further included, which specifically connects or disconnects the gas liquefaction plant.
  • the Rege ⁇ development takes place depending on a required by the power ⁇ factory plant performance.
  • the power plant further comprises a compressor unit, which removes the re-enthalpy of enthalpy of the ambient air of the gas turbine.
  • a heat exchanger is provided, which is connected with its secondary side supplying the evaporator and connected with its primary side feeding the intake air intake of the gas turbine.
  • the secondary side is the side to which heat is transferred from the primary side.
  • FIG. 2 shows a method for operating a power plant in the second operating state.
  • a gas 5 is supplied from a supply line 3 to a gas liquefaction plant 6 and liquefied therein, whereby liquid gas (LNG) is formed.
  • the liquid gas (LNG) is stored in a liquid gas storage 7.
  • the LNG storage tank corresponds to a which is designed so that the cryogenically ver ⁇ fattyte gas (LNG) therein can be saved.
  • the di ⁇ CKEN, doppelstrichigen lines indicate here lines which are traversed by gas, or LNG.
  • the gas liquefaction plant 6 has a throughput volume of 1.7 kg / s. So she is able to fill the LPG ⁇ memory 7 within days or a few months.
  • FIG 1 also shows an evaporator 8, the line via a gas is connected to the combustion process of a gas turbine 4 2 ver ⁇ prevented.
  • the gas turbine is supplied in the first operating state, no gas via the gas line from the evaporator.
  • the thin, one-line lines indicate lines that are not traversed by gas or LNG.
  • the liquid gas storage 7 is an atmospheric storage. In this case, it is necessary to increase the pressure of the gas before being supplied to the combustion process 4 of the gas turbine 2. This is achieved by a pump , which is arranged between liquefied gas storage 7 and evaporator 8.
  • the liquid gas storage 7 can also be designed as an accumulator, in which the liquefied gas (LNG) is stored under pressure. The pressure is then preferably set so that the pressure of the gas after evaporation in the evaporator 8 is so high that it corresponds to the required pressure for the gas turbine 2. In this case, an additional pressure reducer is required.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage (1), und eine Kraftwerksanlage (1), die an Standorten mit zu geringer Brennstoffversorgung betrieben werden kann. Dazu umfasst die Kraftwerksanlage (1) eine Gasturbine (2), eine Gasverflüssigungsanlage (6), einen Flüssiggasspeicher (7) und einem Verdampfer (8). In einem ersten Betriebszustand, bei dem keine Leistung von der Kraftwerksanlage gefordert wird, wird Gas (5) aus einer Versorgungsleitung (3) der Gasverflüssigungsanlage (6) zugeführt und darin verflüssigt, wobei ein flüssiges Gas (LNG) gebildet wird, welches in dem Flüssiggasspeicher (7) gespeichert wird. In einem zweiten Betriebszustand, bei dem Leistung von der Kraftwerksanlage gefordert wird, wird verflüssigtes Gas aus dem Flüssiggasspeicher (7) entnommen, und in dem Verdampfer (8) verdampft, und in gasförmigen Zustand in dem Verbrennungsprozess (4) der Gasturbine (2) zugeführt. Dadurch ist der Betrieb der Kraftwerksanlage unabhängig von der verfügbaren Gasmenge aus der Versorgungsleitung (3).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage an Standorten mit zu geringer Brennstoff ersorgung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage an Standorten mit zu geringer BrennstoffVersorgung, sowie eine Kraftwerksanlage. Kraftwerksanlagen, insbesondere große Gaskraftwerke zur
Stromerzeugung, müssen an Standorten errichtet werden, an denen eine ausreichende Versorgung durch Brennstoffe, insbeson¬ dere durch ein Brenngas wie Erdgas, sichergestellt ist. Dazu werden Gaskraftwerke in der Regel in der Nähe von großen Ver- sorgungsleitungen, wie Erdgaspipelines (Fernleitungen) errichtet. Durch Erdgaspipelines wird das Erdgas über weite Strecken mit unterschiedlichen Gasmengen transportiert und verteilt. Diese Hochdruckpipelines haben in Deutschland einen Gasdruck von etwa 84 bar. Von den Fernleitungen zweigt ein engmaschiges regionales Niederdruckgasnetz bis hin zum End¬ verbraucher ab, dessen Gasdruck bei etwa 16 bar oder niedriger liegt.
Gaskraftwerke können schnell angefahren und geregelt werden und werden daher häufig als Regel- und Spitzenlastkraftwerke (Peaker) eingesetzt. Die Gasmengen, die ein solches Gaskraft¬ werk verbraucht, sind somit häufig stark schwankend, was eine besondere Herausforderung an die Gasversorgung stellt, die den schwankenden Verbrauch an Erdgas kompensieren muss.
Es ist bislang nicht möglich, in Gegenden, in denen keine ausreichend große Erdgasfernleitung vorhanden ist, und auch kein Anschluss an eine entferntere Erdgaspipeline möglich ist, große Gaskraftwerke zur Stromerzeugung zu errichten. Zwar ist es möglich, Erdgas zu verflüssigen, und auch in
Tanks zu speichern, die beispielsweise durch Schwertransporte über Straßen oder Schienen angeliefert werden, jedoch dürfte ein solcher Transport nicht wirtschaftlich realisierbar sein. Weiterhin ist es in der Regel ebenso nicht möglich, große Gaskraftwerke zur Stromerzeugung nachträglich an das regionale Gasnetz anzuschließen, da die zur Verfügung stehende Gas- menge des bestehenden regionalen Netzes nicht für den An- schluss eines so großen Verbrauchers wie einem Gaskraftwerk ausreicht .
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage anzugeben, welches es ermöglicht, auch eine große Kraftwerksanlage zur Strom- und/oder Fernwärmeerzeugung in Gegenden bauen zu können, in denen nur eine unzureichende Gasversorgung gegeben ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Kraftwerksanlage anzugeben, die in Gegenden mit unzureichender Gasversorgung betreibbar ist.
Die auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage ge¬ richtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, wobei die Kraftwerksanlage eine Gasturbine, eine Gasverflüssigungsanlage, einen Flüssiggasspeicher und einen Verdampfer umfasst. In einem ersten Betriebszustand, bei dem keine Leistung von der Kraftwerksanlage gefordert wird, wird Gas aus einer Versorgungsleitung der Gasverflüssi¬ gungsanlage (Liquefier) zugeführt und darin verflüssigt, wo- bei ein flüssiges Gas (LNG) gebildet wird, welches in dem Flüssiggasspeicher gespeichert wird. In einem zweiten Betriebszustand, bei dem Leistung von der Kraftwerksanlage ge¬ fordert wird, wird verflüssigtes Gas (LNG) aus dem Flüssig¬ gasspeicher entnommen, in dem Verdampfer verdampft, und in gasförmigem Zustand dem Verbrennungsprozess der Gasturbine zugeführt .
In dem ersten Betriebszustand wird von dem Kraftwerk keine Leistung gefordert. In diesem Zustand ist die Gasturbine ent- weder herunter gefahren oder wird mit geringer Leistung im Standby oder Low-Load gefahren, sie wird jedoch nicht im Nennlastbereich betrieben. In diesem Zustand reicht das Erdgas durch die Versorgungsleitung aus dem Erdgasnetz aus, um die Gasturbine bei geringer Leistung zu betreiben. In diesem Zustand wird kontinuierlich Gas aus der Versorgungsleitung der Gasverflüssigungsanlage zugeführt und verflüssigt, und in dem nachgeschalteten Flüssiggasspeicher gespeichert. Die Ver- flüssigung erfolgt mit Hilfe der Kompressionsenergie aus der Versorgungsleitung mittels integrierter Kälteturbine. Die Gasverflüssigungsanlage besteht aus einer Verdichterstation sowie aus „Liquefier-Cyro"-Apparaten, die miteinander derart verschaltet sind, dass das Gas in mehreren Stufen verdichtet und gekühlt wird. Das verflüssigte Gas, welches auch als
Liquefied Natural Gas (LNG) bezeichnet wird, wird in einem Flüssiggasspeicher gespeichert. Die Speicherung kann kryogen unter Atmosphärendruck oder unter Druck erfolgen. Im zweiten Betriebszustand wird Leistung von der Kraftwerks¬ anlage gefordert. Die Gasturbine wird in einem Nennlastbe¬ reich betrieben, bei dem der Verbrauch an Erdgas größer ist, als das Erdgas, welches durch die Versorgungsleitung bereit¬ gestellt werden kann. In diesem Zustand wird Flüssiggas in dem Verdampfer verdampft und/oder gasförmiges Gas der Gasturbine zugeführt. Dabei kann die Gasturbine entweder aus¬ schließlich mit dem rückverdampften Gas betrieben werden, oder mit einer Mischung aus Gas aus der Versorgungsleitung und rückverdampftem Gas. In dem Verdampfer wird das verflüs- sigte Gas wieder in die Gasphase überführt. Wenn die Speiche¬ rung des verflüssigten Gases (LNG) atmosphärisch gespeichert wird, muss das Gas wieder auf den für die Gasturbine erfor¬ derlichen Druck gebracht werden. Dazu ist eine zusätzliche Pumpe erforderlich.
Die Erfindung geht einerseits von der Überlegung aus, dass es durch eine Zwischenspeicherung von Erdgas in Form von LNG möglich ist, Kraftwerke an Standorten errichten zu können, an denen es ansonsten nur eine unzureichende Gasversorgung für das Kraftwerk gibt.
Der Brennstoff der Gasturbine wird im ersten Betriebszustand als LNG gespeichert. Damit stellt das System aus erstem und zweitem Betriebszustand einen Energiespeicher dar, der eine Entkopplung von Gasbezug und Strom- oder Fernwärmeerzeugungs¬ bedarf ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass durch den Gasturbinen¬ betrieb im zweiten Betriebszustand eine Leistungserhöhung erzielbar ist. Das LNG ist nämlich höherwertiger als das Erdgas aus der Versorgungsleitung, da Inertgas-Anteile wie Stickstoff oder Kohlendioxid und Schmutzstoffe bei der Flüssiggas- erzeugung entfernt werden. Dies ermöglicht der Kraftwerksanlage in einem höheren Regelbereich ihre Leistung zu regeln.
Durch die Möglichkeit Brennstoff zu speichern, kann der
Kraftwerksbetreiber zudem bessere Kostenpositionen beim Ein- kauf des Gases erzielen, da der Gaslieferant keine Versor¬ gungsausfälle garantieren muss.
Die Kraftwerksanalage kann auch bei plötzlichen Ausfällen des Brennstoffs aus der Versorgungsleitung ohne Unterbrechung weiter betrieben werden, da das gespeicherte verflüssigte Gas ja systemtechnisch im Gasversorgungssystem der Gesamtanlage integriert ist. Durch die erfindungsgemäße Kraftwerksanlage ist somit die Verfügbarkeit nicht mehr direkt mit der Verfüg¬ barkeit des Gasversorgungssystems gekoppelt und ist somit er- heblich gesteigert. Die Kombination aus Gasturbine, Gasverf¬ lüssigungsanlage, Flüssiggasspeicher und Verdampfer kann als Energiespeicher verstanden werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens, wird im ersten Betriebszustand verdampftes Gas aus dem Spei¬ cher zurück in die Versorgungsleitung gespeist. Dadurch kann der Kraftwerksbetreiber dazu beitragen, entweder Druckschwankungen in der Versorgungsleitung auszugleichen, oder bei einem kompletten Versorgungsausfall andere angeschlossene Ver- braucher, die ebenfalls von dem Versorgungsausfall betroffen sind, mit Gas zu versorgen. Der Kraftwerksbetreiber kann das LNG auch zu anderen Zwecken entnehmen und verkaufen. Dies ermöglicht dem Kraftwerksbetreiber zusätzliche Einnahmen. Da die Gasverflüssigungsanlage verhältnismäßig klein ausfal¬ len kann, werden der Verdichter und der Kühler mit elektrischem Strom betrieben, der in der Kraftwerksanlage erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Kraftwerksanlage grenzt sich da¬ durch von reinen LNG-Anlagen mit angeschlossenem Kraftwerk ab, da bei diesen die Gasverflüssigungsanlage mit zusätzli¬ chen Gasturbinen angetrieben wird. Bei der Erfindung ist die Größe der Gasverflüssigungsanlage, also der Menge an Gas, die durch die Gasverflüssigungsanlage pro Zeiteinheit verflüssigt werden kann, vorzugsweise in Abhängigkeit der Versorgungs¬ leistung des Gasnetzes, dimensioniert. Dabei wird die Gas¬ verflüssigungsanlage so klein wie möglich ausgelegt, damit einerseits die Investitionskosten für die Gasverflüssigungs- anläge, und andererseits die elektrische Leistung, die von der Kraftwerksanlage zur Verflüssigung des Gases bereitge¬ stellt werden muss, so minimal wie möglich sind. Die erfin¬ dungsgemäße Gasverflüssigungsanlage ist so ausgelegt, dass sie bezogen auf den Gesamtgasverbrauch der Gasturbine nur ei- nen kleinen Teil abzieht und verflüssigt. Dieser kleine Teil entspricht üblicherweise mindestens 5% und hängt im Wesentli¬ chen von den erforderlichen Betriebszeiten und der Gasqualität ab. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird im ersten Betriebszustand die Gasverflüssigungsanlage genutzt, um durch gezieltes Zu- oder Abschalten der Gas¬ verflüssigungsanlage eine Leistungsregelung der Kraftwerksanlage zu nutzen. Die Leistungsregelung kann dabei unter Um- ständen auch zur Frequenzregelung oder Frequenzstütze genutzt werden. Die Gasverflüssigungsanlage entspricht einem Verbrau¬ cher, der nur im ersten Betriebszustand läuft, und problemlos abgeschaltet werden kann. Durch ein gezieltes Abschalten kann somit die Leistung, welche die Gasverflüssigungsanlage ver- braucht, ins Stromnetz eingespeist werden und somit zur Leis¬ tungsregelung des Kraftwerks beitragen. Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird im zweiten Betriebszustand die bei Verdampfung im Verdampfer frei werdende Kälteenergie zur Kühlung der Ansaugluft der Gasturbine verwendet, indem das verdampfte Gas mit der An- saugluft im Wärmetausch geführt wird. Die Kälteenergie des wiederverdampfenden Gases kann dabei direkt, oder mittels ei¬ nes Wärmeübertragungsmediums an die Ansaugluft der Gasturbine übertragen werden. Durch Wiederverdampfung des kryogen gespeicherten Brennstoffes und Nutzung der dabei frei werdenden Kälteenergie kann somit die Leistung der Gasturbine im Spit¬ zenlastbetrieb weiter gesteigert werden. Je nach Auslegung der Kraftwerksanlage und Umgebungsbedingungen ist eine Stei¬ gerung der Blockleistung je nach Anlagentyp und Vorkühlver- fahren um zwischen 5 und 10% möglich. Die Kühlung der Ansaug- luft kann auch geregelt erfolgen, so dass im zweiten Betriebszustand die Betriebsflexibilität der Kraftwerksanlage gesteigert werden kann.
Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung ist gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6. Die erfindungsge¬ mäße Kraftwerksanlage, umfassend eine Gasturbine, eine Gas¬ verflüssigungsanlage zur Verflüssigung von Gas, einen Flüs¬ siggasspeicher zur Speicherung des verflüssigen Gases (LNG) , und einen Verdampfer zur Rückverdampfung des verflüssigten Gases, wobei die Gasturbine und die Gasverflüssigungsanlage an einer Versorgungsleitung angeschlossen sind. Erfindungsgemäß ist die Gasturbine so ausgelegt, dass sie im Betrieb mehr Gas verbrennen kann, als durch die Versorgungsleitung der Kraftwerksanlage bereitgestellt werden kann.
Im Betrieb wird die Gasturbine im Nennlastbereich betrieben, in dem der Brennstoffverbrauch hoch ist. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Gasturbine selbst dann im Nennlastbereich betrieben werden kann, wenn der Brennstoff- verbrauch im Betrieb höher ist, als die Menge an Brennstoff der durch die Gaspipeline der Gasturbine maximal zugeführt werden kann. Die Gasmenge die eine Pipeline liefern kann hängt dabei vom Durchmesser der Leitung sowie vom Druck ab. Die erfindungsgemäßen Vorteile der Vorrichtung ergeben sich analog zu dem Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage aus Anspruch 1.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung ist der Verdampfer an die Versorgungsleitung angeschlossen, so dass verflüssigtes Gas nach der Wiederverdampfung in die Versorgungsleitung leitbar ist. Dadurch kann die Kraftwerksanlage Gas zurück in die Versorgungsleitung speisen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kraftwerksanlage weiterhin einen elektrischen Antrieb, der die Gasverflüssigungsanlage antreibt. Die Lei- stungsaufnähme des elektrischen Antriebs ist dabei mindestens 5% der elektrischen Leistung der Kraftwerksanlage.
Bei einer besonderen Weiterentwicklung der Kraftwerksanlage ist weiterhin eine Regelvorrichtung umfasst, welche die Gas- Verflüssigungsanlage gezielt zu- oder abschaltet. Die Rege¬ lung erfolgt dabei in Abhängigkeit von einer von der Kraft¬ werksanlage geforderten Leistung. Dadurch ist eine Leistungs¬ regelung der Kraftwerksanlage, insbesondere zur Frequenzrege¬ lung oder Frequenzstütze erzielbar.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kraftwerksanlage weiterhin eine Verdichtereinheit, welche die Wiederverdampfungsenthalpie der Umgebungsluft der Gasturbine entzieht. Weiterhin ist ein Wärmetauscher vorgese- hen, der mit seiner Sekundärseite zuführend an den Verdampfer angeschlossen und mit seiner Primärseite zuführend an die An¬ saugluftZuführung der Gasturbine angeschlossen ist. Dadurch kann die Kälteenergie des flüssigen Gases bei Verdampfung zur Kühlung der Ansaugluft der Gasturbine genutzt werden. Die Se- kundärseite ist die Seite, auf die Wärme von der Primärseite übertragen wird. Die Erfindung kann vorteilhaft bei Gas- und Dampfturbinen- kraftwerken, Gasturbinenkraftwerken, Gaskraftwerken mit Gasmotoren) oder gasbefeuerten Heizkraftwerken angewandt werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren beschrieben. Darin zeigen:
FIG 1 ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage im ersten Betriebszustand;
FIG 2 ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage im zweiten Betriebszustand.
FIG 1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage 1 im ersten Betriebszustand. In diesem Betriebszustand wird von der Kraftwerksanlage keine Leistung gefordert. Ein Gas 5 wird aus einer Versorgungsleitung 3 einer Gasverflüssigungsanlage 6 zugeführt und darin verflüssigt, wobei flüssiges Gas (LNG) gebildet wird. Das flüssige Gas (LNG) wird in einem Flüssiggasspeicher 7 gespeichert. Der Flüssiggasspeicher ent- spricht einem Tank der so ausgelegt ist, dass in ihm das ver¬ flüssigte Gas (LNG) kryogen gespeichert werden kann. Die di¬ cken, doppelstrichigen Linien kennzeichnen hier Leitungen, die von Gas, bzw. von LNG durchströmt werden. Im vorliegenden Beispiel hat die Gasverflüssigungsanlage 6 ein Durchsatzvolu- men von 1,7 kg/s. Damit ist sie in der Lage den Flüssiggas¬ speicher 7 innerhalb von Tagen oder wenigen Monaten zu füllen .
FIG 1 zeigt weiterhin einen Verdampfer 8, der über eine Gas- leitung mit dem Verbrennungsprozess 4 einer Gasturbine 2 ver¬ bunden ist. Der Gasturbine wird im ersten Betriebszustand kein Gas über die Gasleitung aus dem Verdampfer zugeführt. Die dünnen, einstrichigen Linien kennzeichnen Leitungen, die nicht von Gas oder LNG durchströmt werden.
FIG 2 zeigt das Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage im zweiten Betriebszustand. In diesem Zustand wird von der Kraftwerksanlage elektrische Leistung für ein Stromnetz oder Wärmeleistung für Fernwärme gefordert. Erdgas aus der Versor¬ gungsleitung 3 wird nun nicht mehr der Gasverflüssigungsanla¬ ge 6 zugeführt. Die Gasverflüssigungsanlage ist nicht in Be¬ trieb. Im zweiten Betriebszustand wird LNG aus dem Flüssig- gasspeicher 7 entnommen, in dem Verdampfer 8 verdampft, und über eine Gasleitung dem Verbrennungsprozess 4 der Gasturbine 2 zugeführt.
In dem Beispiel der Fig. 2 ist der Flüssiggasspeicher 7 ein atmosphärischer Speicher. In diesem Fall ist es erforderlich, den Druck des Gases vor der Zuführung in den Verbrennungsprozess 4 der Gasturbine 2 zu erhöhen. Dies wird durch eine Pum¬ pe erzielt, die zwischen Flüssiggasspeicher 7 und Verdampfer 8 angeordnet wird. Der Flüssiggasspeicher 7 kann aber auch als Druckspeicher ausgestaltet sein, bei dem das verflüssigte Gas (LNG) unter Druck gespeichert wird. Der Druck ist dann vorzugsweise so eingestellt, dass der Druck des Gases nach Verdampfen in dem Verdampfer 8 so hoch ist, dass er dem erforderlichen Druck für die Gasturbine 2 entspricht. In diesem Fall ist ein zusätzlicher Druckminderer erforderlich.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage (1), umfas¬ send eine Gasturbine (2), eine Gasverflüssigungsanlage
(6), einen Flüssiggasspeicher (7) und einen Verdampfer
( 8 ) , wobei
- in einem ersten Betriebszustand, bei dem keine Leistung von der Kraftwerksanlage gefordert wird, Gas (5) aus ei¬ ner Versorgungsleitung (3) der Gasverflüssigungsanlage (6) zugeführt und darin verflüssigt wird, wobei ein flüssiges Gas (LNG) gebildet wird, welches in dem Flüs¬ siggasspeicher (7) gespeichert wird, und
- in einem zweiten Betriebszustand, bei dem Leistung von der Kraftwerksanlage gefordert wird, verflüssigtes Gas (LNG) aus dem Flüssiggasspeicher (7) entnommen, und in dem Verdampfer (8) verdampft, und in gasförmigen Zustand in dem Verbrennungsprozess (4) der Gasturbine (2) zuge¬ führt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Betriebszustand der Gasturbine (2) kein Gas zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im ersten Betriebszustand verdampftes Gas aus dem Flüssiggasspeicher (7) zurück in die Versorgungsleitung (3) zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei in der Gasverflüssigungsanlage (6) mindestens 5% der elektri¬ schen Leistung der Kraftwerksanlage (1) zur Verflüssigung des Gases aus der Versorgungsleitung (3) genutzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei im zweiten Betriebszustand, die bei Verdampfung im Verdampfer (8) freiwerdende Kälteenergie zur Kühlung der Ansaugluft der Gasturbine (2) verwendet wird.
6. Kraftwerksanlage (1), umfassend eine Gasturbine (2) eine Gasverflüssigungsanlage (6) zur Verflüssigung von Gas, ei- nen Flüssiggasspeicher (7) zur Speicherung des verflüssigen Gases (LNG) , und einen Verdampfer (8) zur Rückverdamp- fung des verflüssigten Gases (LNG) , wobei die Gasturbine (2) und die Gasverflüssigungsanlage (6) an eine Versor¬ gungsleitung (3) angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gasturbine (2) so ausgelegt ist, dass sie im Betriebs¬ zustand mehr Gas verbrennen kann, als durch die Versorgungsleitung (3) der Kraftwerksanlage (1) bereitgestellt werden kann.
Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdampfer (8) an die Versorgungsleitung (3) angeschlossen ist, so dass verflüssigtes Gas in die Versor¬ gungsleitung (3) leitbar ist.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, weiterhin umfassend einen elektrischen Antrieb, der die Gasverflüssigungsanlage (6) antreibt, der eine Leistungs¬ aufnahme von mindestens 5% der elektrischen Leistung der Kraftwerksanlage (1) hat.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiterhin umfassend eine Regelvorrichtung, welche die Gas¬ verflüssigungsanlage (6) im Betrieb der Kraftwerksanlage (1) gezielt zu- oder abschaltet, in Abhängigkeit von einer von der Kraftwerksanlage (1) geforderten Leitung, um eine Leistungsregelung der Kraftwerksanlage (1) zu erzielen.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, weiterhin umfassend einen Wärmetauscher, der mit seiner Sekundärseite zuführend an den Verdampfer angeschlossen und mit seiner Primärseite zuführend an die Ansaugluftlei¬ tung angeschlossen ist, so dass Kälteenergie die bei der Verdampfung von flüssigem Gas frei wird, zur Kühlung der Ansaugluft der Gasturbine (2) nutzbar ist. Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 ausgestaltet als Gas- und Dampfturbinenkraftwerk, Gas¬ kraftwerk, Gasturbinenkraftwerk oder Heizkraftwerk.
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