WO2018072897A1 - Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr - Google Patents

Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr Download PDF

Info

Publication number
WO2018072897A1
WO2018072897A1 PCT/EP2017/067821 EP2017067821W WO2018072897A1 WO 2018072897 A1 WO2018072897 A1 WO 2018072897A1 EP 2017067821 W EP2017067821 W EP 2017067821W WO 2018072897 A1 WO2018072897 A1 WO 2018072897A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
working fluid
coupling point
turbine
cycle
coupling
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/067821
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Haje
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2018072897A1 publication Critical patent/WO2018072897A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/04—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 condensation heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series

Definitions

  • the present invention relates to a system for coupling cycle processes. Furthermore, the present invention relates to a method for coupling cyclic processes.
  • Modern waste heat power plants for example Organic Rankine Cycle (ORC) plants require a heat supply in order to achieve a state change of the circulation medium, for example of the ORC medium, and thus to enable energy conversion in an expansion machine.
  • This heat supply is often carried out in countercurrent to the heat-conducting medium in order to use the heat content as well as possible.
  • a coupling of a steam turbine and an ORC system is used particularly in cases where the working fluid of the steam ⁇ turbine nor a sufficiently ho ⁇ he temperature and has at the outlet of the steam turbine therefore sufficient thermal energy for Operator Op ⁇ ben an ORC system which basically an available standing lower temperature gradient between heat source and heat sink needed as a steam driven steam turbine.
  • the heat is supplied to the ORC system from the steam turbine process at a certain state of the working fluid, for example at a predetermined pressure or a predetermined temperature, by using the condensation enthalpy, for example at the end of the steam turbine expansion.
  • the temperature of the working fluid of the steam turbine and the temperature of the working fluid of the ORC system differ.
  • the steam tur- bine operated at a higher temperature level than the ORC system.
  • FIG. 3 shows, for example, the temperature as a function of the amount of heat on the one hand a heat carrier 310 (shown as a dashed line), such as an exhaust gas, and for ⁇ the temperature of the working fluid of the ORC system 320 (shown as a solid line).
  • a heat carrier 310 shown as a dashed line
  • ⁇ the temperature of the working fluid of the ORC system 320
  • This ge Service ⁇ th temperatures in Fig. 3 represent the achievable in the ORC process is end temperature.
  • the heat transfer medium such as an exhaust gas, has a higher temperature than the ORC working fluid for any amount of heat.
  • a system for coupling cycle processes has a first cycle and a second cycle.
  • the first cycle process has a first turbine and is operable with a first working fluid.
  • the second cycle process has a second turbine and is operable with a second working fluid.
  • the system further includes a first coupling point of the first turbine and a second Kop ⁇ pelstelle in the second cycle upstream of an inlet of the second turbine, wherein the second coupling point is coupled to the first coupling point such that heat energy from the first working fluid on the second Ar ⁇ beitsfluid is transferable.
  • the system further comprises a third coupling point on the first turbine, wherein the third coupling point is arranged upstream of the first coupling point, and further comprises a fourth coupling point in the second cycle downstream of the second coupling Stel ⁇ le and upstream of the inlet of the second turbine.
  • the fourth coupling point is coupled to the third coupling point of the ⁇ art that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
  • the cycle is in particular a thermodynamic
  • the cycle may turbine circular process, a vapor, an Organic Rankine cycle or a C0 2 -Kreispens be.
  • the cycle is insbeson ⁇ particular a closed system, in which a sequence of state changes of a working fluid to run periodically hinterei ⁇ Nander.
  • an initial state is reached which is characterized by the state variables of the working fluid prevailing in it.
  • Typical state variables which are important in the cycle are, in particular, the density, temperature or pressure of the working fluid.
  • Heat energy is converted into work by heat (or energy) is supplied to the working fluid, which then relaxes ⁇ relaxed in the turbine and drives the turbine.
  • the turbine part of the heat energy of the working fluid is converted into kinetic energy and driven a turbine shaft ⁇ .
  • the kinetic energy of the turbine shaft is provided for further conversion or use, in particular to a generator.
  • After passing through the turbine heat is removed from the working fluid, for example in a condenser, desuperheater, heat exchanger or a recuperator.
  • the working fluid is available again for a new cycle of the cycle.
  • the cycle always has at least one working fluid and a turbine.
  • the first cycle can be operated at a different energy level than the second cycle.
  • Circular process and the second cycle are, for example, formed so different from each other or operated with under defenceli ⁇ chen working fluids that the first cycle and the second cycle process have different energy and temperature levels of the corresponding working fluids.
  • the first cycle or the first working fluid contributes exceeded by Kopp one thermal energy to the second Kreispro ⁇ process or its second working fluid when the first circuit ⁇ process at a higher energy level, ie, operated with a height ⁇ ren minimum temperature of the first working fluid, as the energy level of the second cycle process or as a maximum temperature of the second working fluid.
  • the first and / or second working fluid consists in particular of water, an organic medium, ammonia, CO 2 or supercritical CO 2 .
  • the working fluid is selected depending on the purpose of use, in particular on the type of turbine used and thus be ⁇ driven.
  • the state, in particular the thermal state (described by pressure, temperature and density) or the state of aggregation, of the working fluid changes during a process run. But is after ei ⁇ nem entire process cycle of the original Aggregatzu ⁇ stood in front again.
  • Organic media are all suitable for ORC cycles
  • Fluids such as alkanes, alkenes, cycloalkanes, alcohols, or ⁇ ganic acids, esters, aromatics, refrigerants, chlorinated hydrocarbons, fluorocarbons, silicone oils, and their compounds and derivatives.
  • the first working fluid and the second working fluid may be identical.
  • the first cycle and the second cycle of the same kind in particular in each case a steam turbine cycle or an ORC cycle. Both cycle processes can be operated at different temperatures.
  • the first working fluid and the second working fluid are different fluids, such as in ⁇ example water in the first cycle, in particular a steam turbine cycle, and an organic medium in the second cycle, in particular an ORC cycle.
  • the first working fluid is deposited thereby from the second Ar ⁇ beitsfluid that the first working fluid having a different minimum ⁇ temperature as a maximum temperature of the second working fluid.
  • the first turbine or the second turbine is in particular a steam, ORC or CO 2 turbine.
  • the first turbine includes a plurality of turbine stages, each consisting of the stator and rotor, and the second turbine has a turbine stage min ⁇ least on.
  • the working fluid flows through the turbine stages, relaxing thereby, which drives the rotors. Due to the flow around the turbine blades, a portion of its internal energy is withdrawn from the fluid flow, which merges with the turbine blades. About this a turbine shaft is then rotated, the usable power, for example, to a coupled machine, such as a generator, outputs.
  • the coupling point forms the thermal connection and Kopp ⁇ lung between the first cycle and the second cycle.
  • the coupling point is arranged in the first cycle or in the second cycle. For example, the Kop ⁇ pelstelle be in the turbine or outside the turbine angeord ⁇ net.
  • the coupling points form points in the cyclic process, at which thermal energy is removed or supplied to the respective working fluid.
  • the first coupling point and third coupling point are formed into ⁇ particular such that the first Ar ⁇ beitsfluid flow out to them from the first turbine and can flow directly into a heat exchanger or in a line.
  • a line for example, flowing the first working fluid between the first coupling point of the first cyclic process to the second coupling point of the second circular process or from the third coupling point of the first cyclic process for ⁇ fourth coupling point of the second cycle.
  • the second coupling point and the fourth coupling point are formed, for example as a heat exchanger ⁇ .
  • heat energy from the first working fluid by means of the respective heat exchanger to the second Ar ⁇ beitsfluid is transmitted respectively at the second coupling point and the fourth coupling point.
  • the first coupling point is arranged on the first turbine, in particular in the downstream half of the turbine, for example at the outlet of the first turbine. It is particularly advantageous when the first coupling point nennote at or after the last turbine, the first turbine and at the outlet of the first Turbi ⁇ ne is arranged. In addition, the first coupling point is arranged downstream of the third coupling point.
  • the third coupling point is arranged on the first turbine upstream of the first coupling point.
  • the third coupling ⁇ point is in particular arranged on the downstream half of the first turbine.
  • the first coupling point and the third coupling point can be formed identically, wherein At the third coupling point, a higher temperature and a higher pressure of the working fluid prevail than at the first coupling point, since the first coupling point downstream in the flow direction in comparison to the third coupling point is arranged.
  • the downstream half of the turbine is that half of the turbine, which is the rear half of the turbine seen in the direction of flow of the working fluid.
  • the second coupling point is process at a location in the second circle with respect upstream.
  • a flow direction of two ⁇ th working fluid of the inlet of the second turbine angeord ⁇ net.
  • the second working fluid is preheated via the heat exchanger by means of the higher temperature of the first working fluid.
  • kom ⁇ men the first working fluid and second working fluid at the second coupling point, and also at the fourth coupling ⁇ spot, not in direct physical contact with each other.
  • the fourth coupling point is in the second cycle downstream of the second coupling point and at the same time strom ⁇ upward with respect to an inlet of the second turbine angeord ⁇ net, ie between the second coupling point and the inlet of the second turbine.
  • the fourth coupling point is also designed as a heat exchanger, in particular identical to the second coupling point.
  • the first working fluid at the fourth coupling point a higher temperature and a hö ⁇ heren pressure than at the second coupling point, so that the second working fluid that point already at the second coupling ⁇ receiving the heat energy from the first working fluid can be further heated can.
  • the first coupling point and the third coupling point or the second coupling point and the fourth coupling point are coupled such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
  • Kop ⁇ PelN is implemented in particular by means of heat exchangers, in which the first and second working fluids heat austau ⁇ rule.
  • heat is supplied stepwise from the first working fluid of the first cycle to the second working fluid of the second cycle to make better use of the differing temperature levels of the working fluids.
  • This stepwise supply takes place in particular by removal of the first working fluid, which is present at least at saturated steam temperature at the first or third coupling point, so that an exergy loss can be reduced.
  • the first coupling point is arranged at the outlet of the first turbine.
  • the outlet is designed in particular as Abdampf- or counterpressure nozzle.
  • At the outlet of the first turbine already prevail a relatively low temperature and a relatively low pressure.
  • the heat energy which is still convertible into kinetic energy in the turbine, low.
  • a portion of the first working fluid from the first door ⁇ bine (for example, at a back pressure at the nozzles of the first turbine) may flow and flow to a heat exchanger, for example via a first conduit to the second coupling point.
  • the first turbine is a steam turbine and the first cycle is a steam turbine process.
  • a steam turbine process water is used as the working fluid, which is vaporized by means of an evaporator and then fed to a steam turbine. Behind the steam turbine, the water vapor is condensed in a condenser.
  • a steam turbine process offers the advantage that water is readily available and easy to store. Furthermore achieve combined cycle high efficiencies at high process temperatures ⁇ Pro.
  • the second turbine is an Organic Rankine Turbine and the second process is an Organic
  • Organic Rankine Process In the Organic Rankine process, a turbine is operated with a fluid other than water vapor, in particular an organic liquid with a low vaporization temperature.
  • the Organic Rankine process has the advantage that a low temperature gradient from ⁇ enough to operate it.
  • the second turbine can be operated with CO2, in particular supercritical CO2.
  • CO2 as a working fluid can be taken from exhaust gases from other plants.
  • the use of CO2 as a working fluid has the advantage that it is inexpensive and non-flammable.
  • Supercritical CO2 is increasingly used in industry, especially as an extractive agent.
  • newer system has supercritical CO2 as fluid in turbines for
  • Electricity storage and power generation gained in importance. This is due in particular to its ready availability, its non-toxicity and the fact that its density can be adjusted in a relatively wide range.
  • the second turbine operates on either CO2 or supercritical CO2, or an ORC turbine is used in an ORC cycle.
  • other working fluids such as ammonia or other organic and inorganic fluids can be used as a second working fluid.
  • the system further comprises a fifth coupling point on the first turbine and a sixth coupling point in the second circular process.
  • the fifth coupling point is arranged upstream of the third coupling point.
  • the sixth coupling point downstream of the fourth Koppelstel ⁇ le and upstream of the inlet of the second turbine is ange ⁇ arranged and coupled to the fifth coupling point such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
  • the fifth coupling point can be constructed identical to the first coupling ⁇ point or to the third coupling point and upstream of the third coupling point in the
  • the sixth coupling point can be constructed identical to the second coupling ⁇ point or the fourth coupling point and can be arranged in the second cycle downstream of the fourth coupling point of the second coupling point.
  • the second working fluid has a higher temperature than at the fourth coupling point or the second coupling point. This is due to the fact that the second working fluid again heat energy is applied already at the second coupling point Wär ⁇ meenergy and the fourth coupling point.
  • the first working fluid also has a higher heat energy than at the first coupling point or the third coupling point. This is in the first cycle because the disposed fifth coupling ⁇ location upstream both of the third coupling location and from the first coupling point and thus in an upstream ⁇ Windate located pressure stage of the first turbine (for example, a low pressure turbine).
  • the provision of the to-sharmlichen fifth coupling point and sixth coupling point has the advantage that the first working fluid and the second Ar ⁇ beitsfluid at the second coupling point, the fourth coupling ⁇ point and the sixth connection point in each case a small temperature difference from the first working fluid to the per - Has corresponding corresponding coupling points, so that the respective exergy loss at each of the coupling points is ge ⁇ wrestler, as if the entire heat energy in one
  • Step would be transferred. If the heat energy transfer is divided into smaller and smaller steps, this leads to an ever smaller one
  • the second coupling point and / or the fourth coupling point has a
  • Heat exchanger in which heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
  • thermo energy from one medium such as the first working fluid
  • another ⁇ Me dium eg, the second working fluid
  • the heat exchanger for example, pipe bundle heat exchangers plate or shear
  • different working fluids even those which would react or mix upon contact, may be used.
  • This has the advantage that the two circuits can be adapted to the individual requirements of Anfor ⁇ use case.
  • Circular process configured such that the first working fluid (at least at the first, third and / or fifth coupling point) may have a (minimum) temperature which is hö ⁇ forth than a (maximum or minimum) temperature of the second working fluid ( at least at the second, fourth and / or sixth coupling point).
  • the minimum temperature is the minimum temperature which the working fluid assumes as it flows through the (first) cycle.
  • the maximum temperature is the maximum temperature which the working fluid flows through when passing through the (second)
  • the first working fluid of the first cycle process has, for example, a higher temperature level as the second working fluid of the second cycle and a transfer of heat energy from the first cycle to the second cycle is possible.
  • the first cycle and the second cycle are confi gured such ⁇ that the first working fluid may have a lower Mini ⁇ maldruck than the second working fluid.
  • the minimum pressure is the minimum pressure that the working fluid assumes as it flows through the cycle.
  • the first cycle can be ⁇ driven with a first working fluid that is different from the second working fluid.
  • a method for coupling cycle processes is described.
  • a first cycle with a first turbine is outdoorsge ⁇ provides, wherein the first cycle with a first working fluid is operable.
  • a second Kreispro ⁇ zess is provided with a second turbine, wherein the second cycle with a second working fluid is operable.
  • the first cycle is coupled to the second cycle so that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
  • a first coupling point in the first cycle coupled to ⁇ particular at an outlet of the first turbine, with a second coupling point in the second circuit upstream process ⁇ Windrise an inlet of the second turbine.
  • a third coupling point at the first turbine having a fourth coupling point in the second cycle gekop ⁇ pelt.
  • the third coupling point is disposed upstream of the ers ⁇ th coupling point and the fourth coupling point is downstream of the second coupling point and upstream of the inlet of the second turbine arranged.
  • the coupling of the first coupling point with the second coupling point takes place in particular by means of a heat exchanger, which is coupled to lines through which each of the first and second working fluid flows.
  • the first working fluid flows through the line to a heat exchanger, which is also flowed through by the second working fluid, so that heat energy is transferred at the second coupling point from the first working fluid to the second working fluid.
  • the coupling of the third coupling point with the fourth coupling point also takes place in particular by means of a heat exchanger, through which the first and second working fluid flows.
  • the first working fluid may have other state variables, for example pressure or temperature, than at the first coupling point.
  • the first working fluid flows through a line to a heat exchanger, which is also flowed through by the second working fluid, so that concentratener ⁇ gie is transmitted at the fourth coupling point of the first working fluid to the second working fluid.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a system ge ⁇ Gurss an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a diagram of the temperature 0 as a function of the quantity of heat Q according to an exemplary embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a diagram of the temperature 0 as a function of the heat quantity Q according to the prior art.
  • Fig. 4 shows another diagram of the temperature 0 as a function of the amount of heat Q according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a system 100 for coupling two cycle processes 170, 180.
  • the system 100 has a first cycle 170 and a second cycle 180.
  • the first circular process 170 which is shown only schematically as a detail, has a first turbine 110 and is operable with a first working fluid.
  • the second cycle 180 includes a second turbine 120 and is operable with a second working fluid.
  • the system 100 further includes a first coupling point 111, a third coupling ⁇ location 113 and a fifth coupling point 115 on the first turbine 110th
  • the first coupling point 111 is arranged at the outlet of the first turbine 110.
  • the third connection point 113 and the fifth connection point 115 upstream 111 of the first coupling point located on the first turbine 110, the fifth coupling point upstream of the third Kop ⁇ pelstelle 113 is disposed.
  • the first working fluid thus achieved when it flows through the first turbine 110, first, the fifth coupling point 115, then the third coupling point 113 and then the first coupling ⁇ point 111.
  • the first cycle a first cycle process line 130, in which the first working fluid flows through the first cycle 170, and a first generator 150.
  • the temperature and the pressure of the first working fluid decrease in the direction of flow.
  • the first working fluid at the first coupling point 111 in relation to at the third coupling point 113 and at the fifth coupling point 115 to a lower temperature and a lower pressure.
  • the first working fluid comprises at the fifth coupling point 115 in relation to at drit ⁇ th coupling point 113 and at the first coupling point 111 to a higher temperature and a higher pressure. This is due to expansion of the first working fluid in the first turbine 110.
  • the energy transferred from the first working fluid to a first turbine shaft 119 of the first turbine 110 is transmitted from the first turbine 110 to the first generator 150, which converts the kinetic energy of the first turbine shaft 119 into electrical energy.
  • the second cycle 180 includes a second turbine 120 and is operable with a second working fluid.
  • the system further has a second coupling point 142, a four ⁇ th coupling point 144 and a sixth coupling point 146 in the second cycle 180th
  • the sixth coupling point 146 is arranged upstream of an inlet 122 of the second turbine 120.
  • the second coupling point 142 is arranged downstream of egg ⁇ nes outlet 121 of the second turbine 120.
  • the fourth coupling point 144 is arranged upstream of the sixth coupling point 146 and downstream of the second coupling point 142.
  • the second working fluid thus flows during the flow of the second cycle process vividly first through the second coupling point 142, then through the fourth Kop ⁇ pelstelle 144 and then flows through the sixth coupling point 146.
  • the second cycle 180 further comprises a condenser or heat exchanger 141, a second generator 160, a pump 143, and a cycle processing line 140 in which the second working fluid flows.
  • the condenser or heat exchanger 141 is formed such that the second working fluid flowing in the second cycle processing line 140 and discharged from the second turbine 120 is condensed or cooled.
  • the pump 143 drives the second working fluid to flow through the second loop processing line 140.
  • the first generator 150 and the second generator 160 convert the kinetic energy of the first turbine shaft 119 and the second turbine shaft 129, respectively, into electrical energy.
  • the first turbine 110 and second Turbi ⁇ ne 120 can drive a common generator (not shown in Fig. 1).
  • the second working fluid has a higher temperature and a higher pressure at the sixth coupling point 146 than at the fourth coupling point 144 and the second coupling point 142. This is because the second working fluid in the
  • thermal energy is transmitted by means of a respective réelletau ⁇ shear from the first working fluid.
  • the second working fluid flows via the inlet 122 into the second turbine 120, and through the outlet 121 back into the second Kreisrealei ⁇ processing 140.
  • the second turbine 120 the second working fluid is expanded ⁇ .
  • the first cycle 170 and the second cycle 180 are thermally coupled to each other at three different locations such that heat energy from the first working fluid ⁇ is transferable to the second working fluid.
  • This coupling takes place by means of the first line 101, the second Line 102 and the third line 103.
  • the first line 101 couples the first coupling point 111 with the second Kop ⁇ pelstelle 142.
  • the second line 102 couples the third coupling point 113 with the fourth coupling point 144 and the third line 103, the fifth coupling point 115 with the sixth connection point 146.
  • the first working fluid flows both through the first line 101 and the second Lei ⁇ processing 102 and the third line 103.
  • the first working fluid flowing through the first conduit 101 has a lower temperature and a lower Pressure relative to a temperature and pressure of the first working fluid in the second conduit 102 or the third conduit 103.
  • the second coupling point 142 which may be formed as a heat exchanger
  • the second working ⁇ fluid downstream of the pump 143 has a low temperature on.
  • the temperature difference between the first working fluid and the second working fluid at the second Kop ⁇ pelstelle 142 is lower than at the fourth or sixth Kopel pelstellen 144, 146, so that the heat exchanger contained in the first working fluid heat energy with low
  • Exergy loss can transfer to the second working fluid.
  • the second working fluid from the second coupling point 142 is already preheated, so that the second working fluid has a higher temperature compared to its state at the second coupling point 142.
  • the first working fluid flowing through the second conduit 102 is tapped off upstream of the outlet 111 of the first turbine 110.
  • the first working fluid at the fourth coupling point 144 has a higher temperature and egg ⁇ nen higher pressure.
  • the temperature difference in the heat exchanger at the fourth coupling point 144 is also low but is at a higher temperature level, so that the heat exchanger can transfer the heat energy contained in the first working fluid with likewise low Exergiebuch to the second working fluid.
  • the working fluid is flow ⁇ upstream of the third coupling point 113 and the first Kop ⁇ pelstelle 111 from the first turbine 110, so to speak, the first bleed position of the first turbine, bled to the fifth coupling point 115th
  • the first working fluid at the fifth coupling point 115 at a higher temperature and a higher pressure than at the third coupling point 113 and the first coupling point 111.
  • the second working fluid is at the sixth coupling point 146 already at the second coupling point 142 and the fourth coupling point 144th preheated, making it a higher
  • FIG. 2 shows a diagram of the temperature 0 as a function of the heat quantity Q.
  • the temperature profile 220 of the second working fluid in an ORC process is shown as a function of the quantity of heat Q.
  • the temperature profile 211 of the first coupling ⁇ point 111 (illustrated in Fig. 1) is horizontal.
  • the temperature difference between the temperature curve 211 of the first working fluid at the first connection point 111 and the temperature curve 220 of the second working fluid in the ORC process is low, so that a ge ⁇ ringer exergy loss 231 in transferring the heat energy from the first working fluid on the second working fluid on ⁇ occurs.
  • the temperature difference between the temperature profile 213 of the first working fluid at the third coupling point 113 (illustrated in FIG. 1) and the temperature profile 220 of the second working fluid in the ORC process is low, so that even at the third coupling point 113 a smaller
  • a temperature profile 215 of the first working fluid at the fifth coupling point 115 (illustrated in FIG. 1) has a small temperature difference 235 to the temperature profile 220 of the ORC process at the sixth coupling point 246. Thus, at this point the exergy loss 235 is low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180). Ferner betrifft die vor- liegende Erfindung ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180). Das System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180) weist einen ersten Kreisprozess (170) und einen zweiten Kreisprozess (180) auf. Der erste Kreisprozess (170) weist eine erste Turbine (110) auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess (180) weist eine zweite Turbine (120) auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Ferner weist das System (100) eine erste Koppelstelle (111) an der ersten Turbine (110) und eine zweite Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) auf, wobei die zweite Koppelstelle (142) mit der ersten Koppelstelle (111) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Das System (100) weist ferner eine dritte Koppel- stelle (113) an der ersten Turbine (110) auf, wobei die dritte Koppelstelle (113) stromaufwärts von der ersten Koppel- stelle (111) angeordnet ist, und weist eine vierte Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) auf. Die vierte Koppel- stelle (144) ist mit der dritten Koppelstelle (113) derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.

Description

Beschreibung
Abwärme-Kraftanlage mit stufenweiser Wärmezufuhr Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Koppeln von Kreisprozessen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen.
Hintergrund der Erfindung
Moderne Abwärme-Kraftanlagen, beispielsweise Organic Rankine Cycle (ORC) Anlagen benötigen eine Wärmezufuhr, um eine Zu- standsänderung des Kreislaufmediums , beispielsweise des ORC Mediums zu erreichen und somit eine Energieumwandlung in einer Expansionsmaschine zu ermöglichen. Diese Wärmezufuhr erfolgt dabei oft im Gegenstrom zum wärmeführenden Medium, um den Wärmeinhalt möglichst gut nutzen zu können.
Eine Kopplung einer Dampfturbine und einer ORC Anlage wird gerade in Fällen verwendet, wenn das Arbeitsfluid der Dampf¬ turbine am Auslass der Dampfturbine noch eine ausreichend ho¬ he Temperatur und somit ausreichend Wärmeenergie zum Betrei¬ ben einer ORC Anlage aufweist, welche grundsätzlich ein zur Verfügung stehendes geringeres Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke benötigt als eine mit Wasserdampf angetriebene Dampfturbine.
Bei der Kopplung erfolgt die Wärmezufuhr an die ORC Anlage aus dem Dampfturbinenprozess bei einem bestimmten Zustand des Arbeitsfluides , beispielsweise bei einem vorgegebenen Druck oder einer vorgegebenen Temperatur, durch Nutzung der Kondensationsenthalpie, beispielsweise am Ende der Dampfturbinenex- pansion. Hierbei unterscheiden sich die Temperatur des Ar- beitsfluides der Dampfturbine und die Temperatur des Arbeits- fluides der ORC Anlage. Mit anderen Worten wird die Dampftur- bine auf einem höheren Temperaturniveau betrieben als die ORC Anlage .
Fig. 3 zeigt beispielsweise die Temperatur als Funktion der Wärmemenge zum einen eines Wärmeträgers 310 (als gestrichelte Linie dargestellt) , wie beispielsweise ein Abgas, und zum an¬ deren die Temperatur des Arbeitsfluides der ORC Anlage 320 (als durchgehende Linie dargestellt) . Diese in Fig. 3 gezeig¬ ten Temperaturen stellen die im ORC Prozess erreichbare End- temperatur dar.
Der Wärmeträger wie beispielsweise ein Abgas, weist bei jeder Wärmemenge eine höhere Temperatur auf als das ORC Arbeits- fluid .
Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Kondensation von Wasserdampf 410 (als gestrichelte Linie dargestellt) , wobei die Temperatur in Grad Celsius als Funktion der Wärmemenge in Joule aufgetragen ist. Zusätzlich ist ein Verlauf der Tempe- ratur eines Arbeitsfluides einer ORC Anlage 420 (als durchge¬ hende Linie dargestellt) gezeigt, wobei ebenfalls die Tempe¬ ratur in Grad Celsius als Funktion der Wärmemenge aufgetragen ist. Zusätzlich ist an einer beispielhaften Stelle gezeigt, dass die Temperatur der Kondensation von Wasserdampf, welcher als Arbeitsfluid verwendet wird, sehr viel höher liegt als die Temperatur des Arbeitsfluides der ORC Anlage, so dass diese Differenz einen Verlust von Arbeitsfähigkeit, einen so¬ genannten Exergieverlust 430, darstellt. Der Exergieverlust beruht auf der Temperaturdifferenz zwischen dem kondensierten Wasserdampf und der Temperatur des ORC Mediums.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wir- kungsgrad miteinander gekoppelter Kreisprozesse zu erhöhen. Diese Aufgabe wird mit einem System zum Koppeln von Kreispro¬ zessen und mittels eines Verfahrens zum Koppeln von Kreispro¬ zessen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Koppeln von Kreisprozessen beschrieben. Das System weist einen ersten Kreisprozess und einen zweiten Kreispro- zess auf. Der erste Kreisprozess weist eine erste Turbine auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess weist eine zweite Turbine auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Ferner weist das System eine erste Koppelstelle an der ersten Turbine und eine zweite Kop¬ pelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromaufwärts eines Einlasses der zweiten Turbine auf, wobei die zweite Koppel- stelle mit der ersten Koppelstelle derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Ar¬ beitsfluid übertragbar ist. Das System weist ferner eine dritte Koppelstelle an der ersten Turbine auf, wobei die dritte Koppelstelle stromaufwärts von der ersten Koppelstelle angeordnet ist, und weist ferner eine vierte Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der zweiten Koppelstel¬ le und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine auf. Die vierte Koppelstelle ist mit der dritten Koppelstelle der¬ art gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.
Der Kreisprozess ist insbesondere ein thermodynamischer
Kreisprozess. Beispielsweise kann der Kreisprozess ein Dampf- turbinenkreisprozess , ein Organic Rankine Kreisprozess oder ein C02-Kreisprozess sein. Der Kreisprozess stellt insbeson¬ dere ein geschlossenes System dar, in welchem eine Folge von Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides periodisch hinterei¬ nander ablaufen. Dabei wird immer wieder, insbesondere einmal pro Prozessdurchlauf, ein Ausgangszustand erreicht, welcher durch die in ihm herrschenden Zustandsgrößen des Arbeitsflui- des gekennzeichnet ist. Typische Zustandsgrößen, welche im Kreisprozess von Bedeutung sind, sind insbesondere Dichte, Temperatur oder Druck des Arbeitsfluides . Im Kreisprozess wird Wärmeenergie in Arbeit umgewandelt, indem dem Arbeits- fluid Wärme (bzw. Energie) zugeführt wird, welches anschlie¬ ßend in der Turbine entspannt und die Turbine antreibt. In der Turbine wird ein Teil der Wärmeenergie des Arbeitsfluides in kinetische Energie umgewandelt und eine Turbinenwelle an¬ getrieben. Die kinetische Energie der Turbinenwelle wird zur weiteren Umwandlung bzw. Verwendung, insbesondere an einen Generator, bereitgestellt. Nach dem Durchlaufen der Turbine wird dem Arbeitsfluid Wärme entzogen, beispielsweise in einem Kondensator, Enthitzer, Wärmetauscher oder einem Rekuperator. Somit steht das Arbeitsfluid wieder für einen erneuten Durchlauf des Kreisprozesses zur Verfügung.
Der Kreisprozess weist immer zumindest ein Arbeitsfluid sowie eine Turbine auf.
Der erste Kreisprozess kann mit einem anderen Energieniveau als der zweite Kreisprozess betrieben werden. Der erste
Kreisprozess und der zweite Kreisprozess sind z.B. derart un- terschiedlich voneinander ausgebildet bzw. mit unterschiedli¬ chen Arbeitsfluiden betreibbar, dass der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess unterschiedliche Energie- bzw. Temperaturniveaus der entsprechenden Arbeitsfluide aufweisen. Der erste Kreisprozess bzw. dessen erstes Arbeitsfluid über- trägt mittels Koppeins Wärmeenergie auf den zweiten Kreispro¬ zess bzw. dessen zweites Arbeitsfluid, wenn der erste Kreis¬ prozess auf einem höheren Energieniveau, d.h. mit einer höhe¬ ren Minimaltemperatur des ersten Arbeitsfluides , betrieben wird als das Energieniveau des zweiten Kreisprozesses bzw. als eine Maximaltemperatur des zweiten Arbeitsfluides .
Das erste und/oder zweite Arbeitsfluid besteht insbesondere aus Wasser, einem organischen Medium, Ammoniak, CO2 oder überkritischen CO2. Das Arbeitsfluid wird je nach Anwendungs- zweck, insbesondere nach Art der verwendeten und damit be¬ triebenen Turbine ausgewählt. Der Zustand, insbesondere der thermische Zustand (beschrieben durch Druck, Temperatur und Dichte) oder der Aggregatzustand, des Arbeitsfluides ändert sich während eines Prozessdurchlaufes . Jedoch liegt nach ei¬ nem gesamten Prozessdurchlauf der ursprüngliche Aggregatzu¬ stand wieder vor. Organische Medien sind alle für ORC-Kreisläufe geeigneten
Fluide wie z. B. Alkane, Alkene, Cyclo-Alkane, Alkohole, or¬ ganische Säuren, Ester, Aromaten, Kältemittel, Chlorkohlenwasserstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, Silikonöle, sowie ihre Verbindungen und Derivate.
Das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid können identisch sein. Dann sind der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess von derselben Art, insbesondere jeweils ein Dampfturbinenkreislauf oder ein ORC Kreislauf. Beide Kreisprozesse können bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Vorzugsweise sind das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid unterschiedliche Fluide, wie bei¬ spielsweise Wasser im ersten Kreisprozess, insbesondere einem Dampfturbinenkreisprozess , und einem organischen Medium im zweiten Kreisprozess, insbesondere einem ORC Kreisprozess.
Werden zwei unterschiedliche Arbeitsfluide verwendet, unter¬ scheidet sich das erste Arbeitsfluid dadurch vom zweiten Ar¬ beitsfluid, dass das erste Arbeitsfluid eine andere Minimal¬ temperatur aufweist als eine Maximaltemperatur des zweiten Arbeitsfluides .
Die erste Turbine oder die zweite Turbine ist insbesondere eine Dampf-, ORC- oder C02~Turbine. Die erste Turbine weist eine Mehrzahl von Turbinenstufen auf, welche jeweils aus Stator und Rotor bestehen, und die zweite Turbine weist min¬ destens eine Turbinenstufe auf. Das Arbeitsfluid strömt durch die Turbinenstufen, entspannt dabei, wodurch die Rotoren angetrieben werden. Dem Fluidstrom wird durch die Umströmung der Turbinenschaufeln ein Teil seiner inneren Energie entzo- gen, der auf die Laufschaufeln der Turbine übergeht. Über diese wird dann eine Turbinenwelle in Drehung versetzt, die nutzbare Leistung z.B. an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator, abgibt. Die Koppelstelle bildet die thermische Verbindung bzw. Kopp¬ lung zwischen dem ersten Kreisprozess und dem zweiten Kreis- prozess. Die Koppelstelle ist im ersten Kreisprozess oder im zweiten Kreisprozess angeordnet. Beispielsweise kann die Kop¬ pelstelle in der Turbine oder außerhalb der Turbine angeord¬ net sein. Die Koppelstellen bilden Stellen im Kreisprozess, an welchen thermische Energie dem jeweiligen Arbeitsfluid entnommen oder zugeführt wird.
Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle sind ins¬ besondere derart ausgebildet, dass an ihnen das erste Ar¬ beitsfluid aus der ersten Turbine ausströmen und direkt in einen Wärmetauscher oder in eine Leitung einströmen kann. Durch die Leitung strömt z.B. das erste Arbeitsfluid zwischen der ersten Koppelstelle des ersten Kreisprozesses zur zweiten Koppelstelle des zweiten Kreisprozesses bzw. von der dritten Koppelstelle des ersten Kreisprozesses zur vierten Koppel¬ stelle des zweiten Kreisprozesses. Die zweite Koppelstelle und die vierte Koppelstelle sind z.B. als Wärmetauscher aus¬ gebildet. Somit wird jeweils an der zweiten Koppelstelle und der vierten Koppelstelle Wärmeenergie vom ersten Arbeitsfluid mittels des entsprechenden Wärmetauschers auf das zweite Ar¬ beitsfluid übertragen.
Die erste Koppelstelle ist an der ersten Turbine angeordnet, insbesondere in der stromabwärtigen Hälfte der Turbine, z.B. am Auslass der ersten Turbine. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Koppelstelle an oder nach der letzten Turbi- nenstufe der ersten Turbine bzw. am Auslass der ersten Turbi¬ ne angeordnet ist. Zusätzlich ist die erste Koppelstelle stromabwärts der dritten Koppelstelle angeordnet.
Die dritte Koppelstelle ist an der ersten Turbine stromauf- wärts der ersten Koppelstelle angeordnet. Die dritte Koppel¬ stelle ist insbesondere an der stromabwärtigen Hälfte der ersten Turbine angeordnet. Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle können identisch ausgebildet sein, wobei an der dritten Koppelstelle eine höhere Temperatur sowie ein höherer Druck des Arbeitsfluides herrschen als an der ersten Koppelstelle, da die erste Koppelstelle in Strömungsrichtung stromabwärts im Vergleich zu der dritten Koppelstelle ange- ordnet ist.
Die stromabwärtige Hälfte der Turbine ist diejenige Hälfte der Turbine, welche die in Strömungsrichtung des Arbeitsflui- des gesehen, hintere Hälfte der Turbine ist.
Die zweite Koppelstelle ist an einer Stelle im zweiten Kreis- prozess stromaufwärts bzgl. einer Strömungsrichtung des zwei¬ ten Arbeitsfluids des Einlasses der zweiten Turbine angeord¬ net. Somit wird das zweite Arbeitsfluid vor dem Eintritt in die zweite Turbine mittels der höheren Temperatur des ersten Arbeitsfluides über den Wärmetauscher vorgewärmt. Dabei kom¬ men das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle, sowie ebenfalls an der vierten Koppel¬ stelle, nicht in direkten physikalischen Kontakt miteinander.
Die vierte Koppelstelle ist in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der zweiten Koppelstelle und gleichzeitig strom¬ aufwärts bezüglich einem Einlass der zweiten Turbine angeord¬ net, d.h. zwischen der zweiten Koppelstelle und dem Einlass der zweiten Turbine. Die vierte Koppelstelle ist ebenfalls als Wärmetauscher, insbesondere identisch zur zweiten Koppelstelle ausgebildet. Jedoch weist das erste Arbeitsfluid an der vierten Koppelstelle eine höhere Temperatur und einen hö¬ heren Druck auf als an der zweiten Koppelstelle, so dass das zweite Arbeitsfluid, welches bereits an der zweiten Koppel¬ stelle Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid aufgenommen hat, weiter erwärmt werden kann.
Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle bzw. die zweite Koppelstelle und die vierte Koppelstelle sind derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Ein derartiges Kop¬ peln wird insbesondere mittels Wärmetauschern umgesetzt, in welchen die ersten und zweiten Arbeitfluide Wärme austau¬ schen .
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Wärmezufuhr von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreisprozesses zu dem zweiten Arbeitsfluid des zweiten Kreisprozesses stufenweise, um die sich unterscheidenden Temperaturniveaus der Arbeits- fluide besser auszunutzen. Diese stufenweise Zufuhr erfolgt insbesondere durch Entnahme des ersten Arbeitsfluides , wel- ches zumindest in Sattdampftemperatur an der ersten oder dritten Koppelstelle vorliegt, so dass ein Exergieverlust verringert werden kann.
Diese stufenweise Wärmezufuhr zum ORC Prozess führt bei- spielsweise dazu, dass die jeweilige Wärmeenergie der ver¬ schiedenen Temperaturniveaus im Dampfturbinenprozess besser nutzbar ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Er- findung wird die erste Koppelstelle an dem Auslass der ersten Turbine angeordnet.
Der Auslass ist insbesondere als Abdampf- bzw. Gegendruckstutzen ausgebildet. Am Auslass der ersten Turbine herrschen bereits eine relativ niedrige Temperatur sowie ein relativ niedriger Druck. Somit ist die Wärmeenergie, welche in der Turbine noch in kinetische Energie umwandelbar ist, gering. Ferner ist es daher vorteilhaft die noch im ersten Arbeits¬ fluid verbleibende Wärmeenergie, welche an der ersten Koppel- stelle höher ist als die Wärmeenergie des zweiten Arbeits- fluides des zweiten Kreisprozesses an der zweiten Koppelstel¬ le, auf das zweite Arbeitsfluid zu übertragen. Beispielsweise kann ein Anteil des ersten Arbeitsfluides aus der ersten Tur¬ bine (z.B. an einem am Gegendruckstutzen der ersten Turbine) ausströmen und zu einem Wärmetauscher, z.B. über eine erste Leitung, zur zweiten Koppelstelle strömen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die erste Turbine eine Dampfturbine und der erste Kreisprozess ein Dampfturbinenprozess . In einem Dampfturbinenprozess wird Wasser als Arbeitsfluid verwendet, welches mittels eines Verdampfers verdampft und anschließend einer Dampfturbine zugeführt wird. Hinter der Dampfturbine wird der Wasserdampf in einem Kondensator kondensiert. Ein Dampfturbinenprozess bietet den Vorteil, dass Wasser gut verfügbar sowie gut lagerbar ist. Weiterhin erreichen Dampfturbinenprozesse gute Wirkungsgrade bei hohen Pro¬ zesstemperaturen .
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Turbine eine Organic Rankine Turbine und der zweite Prozess ist ein Organic
Rankine Prozess (ORC) . Im Organic Rankine Prozess wird eine Turbine mit einem anderen Fluid als Wasserdampf, insbesondere einer organischen Flüssigkeit mit einer niedrigen Verdamp- fungstemperatur, betrieben. Der Organic Rankine Prozess bietet den Vorteil, dass ein niedriges Temperaturgefälle aus¬ reicht, um ihn zu betreiben. Als Arbeitsfluide dienen insbe¬ sondere organische Medien, z. B. Isopentan oder ein
Silikonöl .
Werden als erster Kreisprozess ein Dampfturbinenprozess und als zweiter Kreisprozess ein ORC Prozess miteinander gekop¬ pelt, weist der ORC Prozess ein niedrigeres Temperaturniveau auf als der Dampfturbinenprozess , d.h. das erste Arbeitsfluid in dem Dampfturbinenprozess weist insbesondere höhere Tempe¬ raturen auf als das zweite Arbeitsfluid des ORC Prozess. So¬ mit kann die Wärmeenergie, welche am Ausgang der Dampfturbine noch im Wasserdampf enthalten ist, auf das Arbeitsfluid, bei¬ spielsweise Isopentan, des ORC Prozesses übertragen werden und in der ORC Turbine weiter in kinetische Energie umgewan¬ delt werden. Somit wird mittels des Einsatzes des ORC Prozes¬ ses der Wirkungsgrad des Systems gesteigert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, derzeitige wirkungsgradsteigernde Maß- nahmen von ORC-Kreisläufen, wie Rekuperatoren, auch hier zu verwenden .
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Turbine mit CO2 , insbesondere überkritischen CO2 betreibbar .
CO2 als Arbeitsfluid kann beispielsweise aus Abgasen anderer Anlagen entnommen werden. Ferner hat die Verwendung von CO2 , als Arbeitsfluid den Vorteil, dass es preiswert und nicht entflammbar ist.
Überkritisches CO2 wird in der Industrie, vor allem als Ex¬ traktionsmittel, immer verbreiteter verwendet. In neueren System hat überkritisches CO2 als Fluid in Turbinen zur
Stromspeicherung und Stromerzeugung an Bedeutung gewonnen. Dies liegt insbesondere an seiner leichten Verfügbarkeit, seiner Ungiftigkeit sowie daran, dass sich seine Dichte in einem relativ breiten Bereich einstellen lässt.
Die zweite Turbine wird beispielsweise entweder mit CO2 bzw. überkritischem CO2 betrieben oder es wird eine ORC Turbine in einem ORC Kreisprozess verwendet. Auch noch weitere Arbeits- fluide wie beispielsweise Ammoniak oder andere organische und anorganische Fluide sind als zweites Arbeitsfluid verwendbar.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System ferner eine fünfte Koppelstelle an der ersten Turbine und eine sechste Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess auf. Die fünfte Koppelstelle ist stromaufwärts der dritten Koppelstelle angeordnet. Ferner ist die sechste Koppelstelle stromabwärts der vierten Koppelstel¬ le und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine ange¬ ordnet und mit der fünften Koppelstelle derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Die fünfte Koppelstelle kann baugleich zu der ersten Koppel¬ stelle bzw. zur dritten Koppelstelle ausgebildet werden und kann stromaufwärts der dritten Koppelstelle in der
stromabwärtigen oder in der stromaufwärtigen Hälfte der ers- ten Turbine angeordnet werden.
Die sechste Koppelstelle kann baugleich zur zweiten Koppel¬ stelle bzw. zur vierten Koppelstelle ausgebildet werden und kann in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der vierten Koppelstelle der zweiten Koppelstelle angeordnet werden.
An der sechsten Koppelstelle weist das zweite Arbeitsfluid eine höhere Temperatur auf als an der vierten Koppelstelle bzw. der zweiten Koppelstelle. Dies beruht darauf, dass dem zweiten Arbeitsfluid bereits an der zweiten Koppelstelle Wär¬ meenergie und an der vierten Koppelstelle erneut Wärmeenergie zugeführt wird. An der fünften Koppelstelle weist das erste Arbeitsfluid ebenfalls eine höhere Wärmeenergie auf als an der ersten Koppelstelle bzw. der dritten Koppelstelle. Dies liegt im ersten Kreisprozess daran, dass die fünfte Koppel¬ stelle stromaufwärts sowohl von der dritten Koppelstelle als auch von der ersten Koppelstelle und somit in einer stromauf¬ wärts gelegenen Druckstufe der ersten Turbine (z.B. einer Niederdruckturbine) angeordnet ist. Das Bereitstellen der zu- sätzlichen fünften Koppelstelle und sechsten Koppelstelle hat den Vorteil, dass das erste Arbeitsfluid und das zweite Ar¬ beitsfluid an der zweiten Koppelstelle, der vierten Koppel¬ stelle und der sechsten Koppelstelle jeweils einen geringen Temperaturunterschied zu dem ersten Arbeitsfluid an den je- weiligen korrespondierenden Koppelstellen aufweist, so dass der jeweilige Exergieverlust an jeder der Koppelstellen ge¬ ringer ist, als wenn die gesamte Wärmeenergie in einem
Schritt übertragen werden würde. Wird die Wärmeenergieübertragung in immer kleinere Schritte unterteilt führt dies zu einem immer geringeren
Exergieverlust pro Schritt. Deshalb können auch noch weitere Koppelstellen an der ersten Turbine sowie noch weitere Koppelstellen im zweiten Kreisprozess vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die zweite Koppelstelle und/oder die vierte Koppelstelle einen
Wärmetauscher auf, in welchem Wärmeenergie von dem ersten Ar- beitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.
In einem Wärmetauscher wird insbesondere Wärmeenergie von ei- nem Medium (z.B. dem ersten Arbeitsfluid) auf ein anderes Me¬ dium (z.B. dem zweiten Arbeitsfluid) ohne tatsächlichen physikalischen Kontakt der zwei Medien miteinander übertragen.
Die Wärmetauscher (z.B. Platten- oder Rohrbündelwärmetau- scher) bieten den Vorteil, dass eine physikalische Vermi¬ schung des ersten Arbeitsfluides mit dem zweiten Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle und/oder der vierten Koppelstelle unterbunden ist. Somit können unterschiedliche Arbeitsfluide, auch derartige, welche bei Kontakt miteinander reagieren oder sich vermischen würden, verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Kreisläufe auf die individuellen Anfor¬ derungen des Anwendungsfalls anpassbar sind.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung sind der erste Kreisprozess und der zweite
Kreisprozess derart konfiguriert, dass das erste Arbeitsfluid (zumindest an der ersten, dritten und/oder fünften Koppelstelle) eine (Minimal-) Temperatur aufweisen kann, welche hö¬ her ist als eine (Maximal- bzw. Minimal-) Temperatur des zweiten Arbeitsfluides (zumindest an der zweiten, vierten und/oder sechsten Koppelstelle) .
Die Minimaltemperatur ist die minimale Temperatur, welche das Arbeitsfluid beim Durchströmen des (ersten) Kreisprozesses annimmt. Die Maximaltemperatur ist die maximale Temperatur, welche das Arbeitsfluid beim Durchströmen des (zweiten)
Kreisprozesses annimmt. Das erste Arbeitsfluid des ersten Kreisprozesses weist z.B. ein höheres Temperaturniveau auf als das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreisprozesses und ein Übertragen von Wärmeenergie vom ersten Kreisprozess auf den zweiten Kreisprozess ist ermöglicht. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess derart konfi¬ guriert, dass das erste Arbeitsfluid einen niedrigeren Mini¬ maldruck aufweisen kann als das zweite Arbeitsfluid. Der Minimaldruck ist der minimale Druck, welchen das Arbeitsfluid beim Durchströmen des Kreisprozesses annimmt. Somit kann der erste Kreisprozess mit einem ersten Arbeitsfluid be¬ trieben werden, welches unterschiedlich zum zweiten Arbeitsfluid ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen beschrieben. Ein erster Kreisprozess mit einer ersten Turbine wird bereitge¬ stellt, wobei der erste Kreisprozess mit einem ersten Ar- beitsfluid betreibbar ist. Ferner wird ein zweiter Kreispro¬ zess mit einer zweiten Turbine bereitgestellt, wobei der zweite Kreisprozess mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist. Der erste Kreisprozess wird mit dem zweiten Kreisprozess derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeits- fluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Ferner wird eine erste Koppelstelle in dem ersten Kreisprozess, ins¬ besondere an einem Auslass der ersten Turbine, mit einer zweiten Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromauf¬ wärts eines Einlasses der zweiten Turbine gekoppelt. Zusätz- lieh wird eine dritte Koppelstelle an der ersten Turbine mit einer vierten Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess gekop¬ pelt. Die dritte Koppelstelle ist stromaufwärts von der ers¬ ten Koppelstelle angeordnet und die vierte Koppelstelle ist stromabwärts der zweiten Koppelstelle und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine angeordnet.
Das Koppeln der ersten Koppelstelle mit der zweiten Koppelstelle erfolgt insbesondere mittels eines Wärmetauschers, welcher mit Leitungen, durch welche jeweils das erste bzw. zweite Arbeitsfluid strömt, gekoppelt ist. Das erste Arbeits- fluid strömt durch die Leitung zu einem Wärmetauscher, welcher auch von dem zweiten Arbeitsfluid durchströmt ist, so dass Wärmeenergie an der zweiten Koppelstelle von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragen wird.
Das Koppeln der dritten Koppelstelle mit der vierten Koppelstelle erfolgt ebenfalls insbesondere mittels eines Wärmetau- schers, durch welchen das erste und zweite Arbeitsfluid strömt. Das erste Arbeitsfluid kann dabei andere Zustandsgrö- ßen, beispielsweise Druck oder Temperatur, aufweisen als an der ersten Koppelstelle. Das erste Arbeitsfluid strömt hier durch eine Leitung zu einem Wärmetauscher, welcher auch von dem zweiten Arbeitsfluid durchströmt wird, so dass Wärmeener¬ gie an der vierten Koppelstelle von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragen wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Aus- führungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Viel- zahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben . Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Systems ge¬ mäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung . Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Temperatur 0 als Funktion der Wärmemenge Q gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Temperatur 0 als Funktion der Wärmemenge Q gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Diagramm der Temperatur 0 als Funktion der Wärmemenge Q gemäß dem Stand der Technik.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsfor- men
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt ein System 100 zum Koppeln von zwei Kreisprozessen 170, 180. Das System 100 weist einen ersten Kreisprozess 170 und einen zweiten Kreisprozess 180 auf.
Der erste Kreisprozess 170, welcher lediglich schematisch als Ausschnitt abgebildet ist, weist eine erste Turbine 110 auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess 180 weist eine zweite Turbine 120 auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Das System 100 weist ferner eine erste Koppelstelle 111, eine dritte Koppel¬ stelle 113 sowie eine fünfte Koppelstelle 115 an der ersten Turbine 110 auf. Die erste Koppelstelle 111 ist am Auslass der ersten Turbine 110 angeordnet. Die dritte Koppelstelle 113 und die fünfte Koppelstelle 115 sind stromaufwärts der ersten Koppelstelle 111 an der ersten Turbine 110 angeordnet, wobei die fünfte Koppelstelle stromaufwärts der dritten Kop¬ pelstelle 113 angeordnet ist. Anschaulich formuliert erreicht das erste Arbeitsfluid somit, wenn es durch die erste Turbine 110 strömt, zuerst die fünfte Koppelstelle 115, dann die dritte Koppelstelle 113 und anschließend die erste Koppel¬ stelle 111. Darüber hinaus weist der erste Kreisprozess eine erste Kreisprozessleitung 130, in welcher das erste Arbeits- fluid durch den ersten Kreisprozess 170 strömt, sowie einen ersten Generator 150 auf. In der ersten Turbine 110 nehmen die Temperatur und der Druck des ersten Arbeitsfluides in Durchströmungsrichtung ab. Somit weist das erste Arbeitsfluid an der ersten Koppelstelle 111 im Verhältnis zu an der dritten Koppelstelle 113 und an der fünften Koppelstelle 115 eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck auf. Das erste Arbeitsfluid weist wiederum an der fünften Koppelstelle 115 im Verhältnis zu an der drit¬ ten Koppelstelle 113 und an der ersten Koppelstelle 111 eine höhere Temperatur sowie einen höheren Druck auf. Dies liegt an der in der ersten Turbine 110 erfolgenden Expansion des ersten Arbeitsfluides . Die vom ersten Arbeitsfluid auf eine erste Turbinenwelle 119 der ersten Turbine 110 übertragene Energie wird von der ersten Turbine 110 an den ersten Genera¬ tor 150 übertragen, welcher die Bewegungsenergie der ersten Turbinenwelle 119 in elektrische Energie umwandelt.
Der zweite Kreisprozess 180 weist eine zweite Turbine 120 auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Das System weist darüber hinaus eine zweite Koppelstelle 142, eine vier¬ te Koppelstelle 144 und eine sechste Koppelstelle 146 in dem zweiten Kreisprozess 180 auf. Die sechste Koppelstelle 146 ist stromaufwärts eines Einlasses 122 der zweiten Turbine 120 angeordnet. Die zweite Koppelstelle 142 ist stromabwärts ei¬ nes Auslasses 121 der zweiten Turbine 120 angeordnet. Ferner ist die vierte Koppelstelle 144 stromaufwärts der sechsten Koppelstelle 146 und stromabwärts der zweiten Koppelstelle 142 angeordnet. Das zweite Arbeitsfluid strömt somit beim Durchströmen des zweiten Kreisprozesses anschaulich zunächst durch die zweite Koppelstelle 142, dann durch die vierte Kop¬ pelstelle 144 und anschließend durchströmt es die sechste Koppelstelle 146. Der zweite Kreisprozess 180 weist ferner einen Kondensator oder Wärmetauscher 141, einen zweiten Generator 160, eine Pumpe 143 sowie eine Kreisprozessleitung 140, in welcher das zweite Arbeitsfluid strömt, auf. Der Kondensator oder Wärmetauscher 141 ist derart ausgebildet, dass das in der zweiten Kreisprozessleitung 140 strömende und aus der zweiten Turbine 120 ausgeströmte zweite Ar- beitsfluid kondensiert oder abgekühlt wird.
Die Pumpe 143 treibt das zweite Arbeitsfluid derart an, dass es durch die zweite Kreisprozessleitung 140 strömt. Der erste Generator 150 bzw. der zweite Generator 160 wandeln die kinetische Energie der ersten Turbinenwelle 119 bzw. der zweiten Turbinenwelle 129 in elektrische Energie um. In einer Ausführung können die erste Turbine 110 und die zweite Turbi¬ ne 120 einen gemeinsamen Generator antreiben (nicht in Fig. 1 dargestellt) .
Das zweite Arbeitsfluid weist an der sechsten Koppelstelle 146 eine höhere Temperatur sowie einen höheren Druck auf als an der vierten Koppelstelle 144 und der zweiten Koppelstelle 142. Dies liegt daran, dass dem zweiten Arbeitsfluid beim
Durchströmen in Strömungsrichtung an jeder Koppelstelle 142, 144 und 146 Wärmeenergie mittels eines jeweiligen Wärmetau¬ schers vom ersten Arbeitsfluid übertragen wird. Im Anschluss an die sechste Koppelstelle 146 strömt das zweite Arbeits- fluid über den Einlass 122 in die zweite Turbine 120 sowie durch den Auslass 121 wieder in die zweite Kreisprozesslei¬ tung 140. In der zweiten Turbine 120 wird das zweite Arbeits¬ fluid expandiert. Die vom zweiten Arbeitsfluid auf eine zwei¬ te Turbinenwelle 129 der zweiten Turbine 120 übertragene Energie wird von der zweiten Turbinenwelle 129 an den zweiten Generator 160 übertragen, welcher die Bewegungsenergie der zweiten Turbinenwelle 129 in elektrische Energie umwandelt.
Der erste Kreisprozess 170 und der zweite Kreisprozess 180 sind an drei unterschiedlichen Stellen thermisch miteinander derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeits¬ fluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Dieses Koppeln erfolgt mittels der ersten Leitung 101, der zweiten Leitung 102 und der dritten Leitung 103. Die erste Leitung 101 koppelt die erste Koppelstelle 111 mit der zweiten Kop¬ pelstelle 142. Ferner koppelt die zweite Leitung 102 die dritte Koppelstelle 113 mit der vierten Koppelstelle 144 so- wie die dritte Leitung 103 die fünfte Koppelstelle 115 mit der sechsten Koppelstelle 146. Das erste Arbeitsfluid strömt sowohl durch die erste Leitung 101 als auch die zweite Lei¬ tung 102 und die dritte Leitung 103. Das erste Arbeitsfluid, welches durch die erste Leitung 101 strömt, hat eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck relativ zu einer Temperatur und einem Druck des ersten Arbeitsfluides in der zweiten Leitung 102 oder der dritten Leitung 103. An der zweiten Koppelstelle 142, welche als Wär- metauscher ausgebildet sein kann, weist das zweite Arbeits¬ fluid stromabwärts der Pumpe 143 eine niedrige Temperatur auf. Somit ist die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid an der zweiten Kop¬ pelstelle 142 geringer als an den vierten oder sechsten Kop- pelstellen 144, 146, so dass der Wärmetauscher die im ersten Arbeitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit geringem
Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid übertragen kann.
An der vierten Koppelstelle 144 ist das zweite Arbeitsfluid von der zweiten Koppelstelle 142 bereits vorgewärmt, so dass das zweite Arbeitsfluid verglichen mit seinem Zustand an der zweiten Koppelstelle 142 eine höhere Temperatur aufweist. Das erste Arbeitsfluid, welches durch die zweite Leitung 102 strömt wird stromaufwärts des Auslasses 111 der ersten Turbi- ne 110 abgezapft. Somit weist auch das erste Arbeitsfluid an der vierten Koppelstelle 144 eine höhere Temperatur sowie ei¬ nen höheren Druck auf. Somit ist die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher an der vierten Koppelstelle 144 ebenfalls gering aber liegt auf einem höheren Temperaturniveau, so dass der Wärmetauscher die im ersten Arbeitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit ebenfalls geringem Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid übertragen kann. An der fünften Koppelstelle 115 wird das Arbeitsfluid strom¬ aufwärts der dritten Koppelstelle 113 sowie der ersten Kop¬ pelstelle 111 aus der ersten Turbine 110, sozusagen an der ersten Abzapfung der ersten Turbine, abgezapft. Somit weist das erste Arbeitsfluid an der fünften Koppelstelle 115 eine höhere Temperatur und einen höheren Druck auf als an der dritten Koppelstelle 113 sowie der ersten Koppelstelle 111. Das zweite Arbeitsfluid ist an der sechsten Koppelstelle 146 bereits an der zweiten Koppelstelle 142 sowie der vierten Koppelstelle 144 vorgewärmt worden, so dass es eine höhere
Temperatur aufweist als an der zweite Koppelstelle 142 sowie der vierten Koppelstelle 144. Somit ist die Temperaturdiffe¬ renz im Wärmetauscher an der sechsten Koppelstelle 146 ebenfalls gering, so dass der Wärmetauscher die im ersten Ar- beitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit ebenfalls geringem Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid überträgt.
Somit erfolgt eine stufenweise Wärmeübertragung vom ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid, welches stromab- wärts der sechsten Koppelstelle 146 die gewünschte Prozess¬ temperatur für die zweite Turbine 120 aufweist.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Temperatur 0 als Funktion der Wärmemenge Q. Der Temperaturverlauf 220 des zweiten Arbeits- fluides in einem ORC Prozess ist als Funktion der Wärmemenge Q dargestellt. Der Temperaturverlauf 211 der ersten Koppel¬ stelle 111 (in Fig. 1 illustriert) verläuft waagerecht. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturverlauf 211 des ersten Arbeitsfluides an der ersten Koppelstelle 111 und des Temperaturverlaufs 220 des zweiten Arbeitsfluides im ORC Prozess gering, so dass ein ge¬ ringer Exergieverlust 231 beim Übertragen der Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid auf¬ tritt .
Auch die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturverlauf 213 des ersten Arbeitsfluides an der dritten Koppelstelle 113 (in Fig. 1 illustriert) und des Temperaturverlaufs 220 des zweiten Arbeitsfluides in dem ORC Prozess ist gering, so dass auch an der dritten Koppelstelle 113 ein geringer
Exergieverlust 233 auftritt.
Ein Temperaturverlauf 215 des ersten Arbeitsfluides an der fünften Koppelstelle 115 (in Fig. 1 illustriert) weist eine geringe Temperaturdifferenz 235 zum Temperaturverlauf 220 des ORC Prozesses an der sechsten Koppelstelle 246 auf. Somit ist auch an dieser Stelle der Exergieverlust 235 gering.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine an¬ deren Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewie¬ sen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kön¬ nen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180), wobei das System (100) aufweist
einen ersten Kreisprozess (170), und
einen zweiten Kreisprozess (180), wobei
der erste Kreisprozess (170) eine erste Turbine (110) auf¬ weist und mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar ist, der zweite Kreisprozess (180) eine zweite Turbine (120) auf- weist und mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist, eine erste Koppelstelle (111) an der ersten Turbine (110) ,
eine zweite Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreispro¬ zess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), wobei die zweite Koppelstelle (142) mit der ersten Koppelstelle (111) derart gekoppelt ist, dass Wärme¬ energie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeits¬ fluid übertragbar ist,
eine dritte Koppelstelle (113) an der ersten Turbine (110), wobei die dritte Koppelstelle (113) stromaufwärts von der ersten Koppelstelle (111) angeordnet ist, und
eine vierte Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreispro¬ zess (180) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), wobei die vierte Koppelstelle (144) mit der dritten Koppel¬ stelle (113) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist . 2. System (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Koppel¬ stelle (111) an einem Auslass der ersten Turbine (110) ange¬ ordnet ist.
3. System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei
die erste Turbine (110) eine Dampfturbine ist, und
der erste Kreisprozess (170) ein Dampfturbinenprozess ist.
4. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die zweite Turbine (120) eine Organic Rankine Turbine ist, und
der zweite Kreisprozess (180) ein Organic Rankine Prozess ist .
5. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei
die zweite Turbine (120) mit CO2, insbesondere überkritischem CO2 betreibbar ist.
6. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend
eine fünfte Koppelstelle (115) an der ersten Turbine
(110), welche stromaufwärts der dritten Koppelstelle (113) angeordnet ist, und
eine sechste Koppelstelle (146) in dem zweiten Kreispro¬ zess (180), welche stromabwärts der vierten Koppelstelle (144) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Tur¬ bine (120) angeordnet ist und mit der fünften Koppelstelle (115) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. 7. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 wobei die zweite Koppelstelle (142) und/oder die vierte Koppelstelle (144) einen Wärmetauscher aufweisen, in welchem Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Ar¬ beitsfluid übertragbar ist.
8. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis
7. wobei der erste Kreisprozess (170) und der zweite Kreis¬ prozess (180) derart konfiguriert sind, dass das erste Ar¬ beitsfluid eine Minimaltemperatur aufweisen kann, welche hö- her ist als eine Minimaltemperatur des zweiten Arbeitsflui- des .
9. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Kreisprozess (170) und der zweite Kreis- prozess (180) derart konfiguriert sind, dass das erste Ar- beitsfluid einen niedrigeren Minimaldruck aufweisen kann als das zweite Arbeitsfluid .
10. Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180), wobei das Verfahren aufweist
Bereitstellen eines ersten Kreisprozesses (170) mit ei- ner ersten Turbine (110), wobei der erste Kreisprozess (110) mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar ist,
Bereitstellen eines zweiten Kreisprozesses (180) mit ei¬ ner zweiten Turbine (120), wobei der zweite Kreisprozess (120) mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist,
Koppeln des ersten Kreisprozesses (170) mit dem zweiten
Kreisprozess (180) derart, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist,
Koppeln einer ersten Koppelstelle (111) in dem ersten Kreisprozess (170), insbesondere einen Auslass der ersten Turbine (110), mit einer zweiten Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), und
Koppeln einer dritten Koppelstelle (113) an der ersten Turbine (110), wobei die dritte Koppelstelle (113) stromauf- wärts von der ersten Koppelstelle (111) angeordnet ist, mit einer vierten Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreisprozess (180), wobei die vierte Koppelstelle (144) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) angeordnet ist.
PCT/EP2017/067821 2016-10-20 2017-07-14 Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr WO2018072897A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016220634.6A DE102016220634A1 (de) 2016-10-20 2016-10-20 Abwärme-Kraftanlage mit stufenweiser Wärmezufuhr
DE102016220634.6 2016-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018072897A1 true WO2018072897A1 (de) 2018-04-26

Family

ID=59350934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/067821 WO2018072897A1 (de) 2016-10-20 2017-07-14 Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016220634A1 (de)
WO (1) WO2018072897A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110748391A (zh) * 2019-10-10 2020-02-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 超临界二氧化碳耦合lng冷能发电系统及方法
CN114151153B (zh) * 2021-11-14 2023-03-24 西北工业大学 一种用于s-co2布雷顿循环的高效热回收系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007052257A2 (en) * 2005-10-31 2007-05-10 Ormat Technologies Inc. Method and system for producing power from a source of steam
EP2811124A1 (de) * 2013-06-05 2014-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
WO2014194400A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources Hybrid rankine cycle
FR3016025A1 (fr) * 2013-12-30 2015-07-03 Fives Combinaison d'une unite de stockage d'energie par air comprime et d'une centrale thermique

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2559867A1 (de) * 2011-08-19 2013-02-20 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels eines Kombikraftwerkes sowie Kombikraftwerk zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007052257A2 (en) * 2005-10-31 2007-05-10 Ormat Technologies Inc. Method and system for producing power from a source of steam
EP2811124A1 (de) * 2013-06-05 2014-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
WO2014194400A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources Hybrid rankine cycle
FR3016025A1 (fr) * 2013-12-30 2015-07-03 Fives Combinaison d'une unite de stockage d'energie par air comprime et d'une centrale thermique

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016220634A1 (de) 2018-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015001443B4 (de) Abwärmerückgewinnungssystem, mit diesem ausgestattete Gasturbinenanlage, Abwärmerückgewinnungsverfahren und Installationsverfahren für das Abwärmerückgewinnungssystem
EP2188499B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur umwandlung der wärmeenergie einer niedertemperatur-wärmequelle in mechanische energie
EP3362739B1 (de) Erzeugung von prozessdampf mittels hochtemperaturwärmepumpe
DE10335143B4 (de) Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage und dafür geeignete Gasturbinenanlage
EP3976940B1 (de) System zur umwandlung von thermischer energie in mechanischer energie
EP3004591A2 (de) Wärmepumpe mit einer in einem kreislauf geschalteten ersten thermischen fluidenergie-maschine und zweiten thermischen fluidenergie-maschine
DE102010060428A1 (de) Kombinationszyklus-Kraftwerk mit integrierter ORC-Vorrichtung
WO1993005276A1 (de) Kühlung einer niederdruck-dampfturbine im ventilationsbetrieb
DE19907512A1 (de) Vorrichtung zur Energieumwandlung auf der Basis von thermischen ORC-Kreisprozessen
DE102004037417B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Wärme von einer Wärmequelle an einen thermodynamischen Kreislauf mit einem Arbeitsmittel mit zumindest zwei Stoffen mit nicht-isothermer Verdampfung und Kondensation
DE10041413A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
DE102011056910A1 (de) System und Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Gasturbinenzwischenkühlers in einem Bottoming-Dampfprozess
AT517535A1 (de) Dampfkraftwerk
EP0021302B1 (de) Aus einer geothermischen Wärmequelle versorgtes Wärmekraftwerk
DE202008018661U1 (de) Vorrichtung zur Energieerzeugung
EP3006682B1 (de) Vorrichtung und Verfahren für den Betrieb einer Wärmeübergabestation
WO2018072897A1 (de) Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr
WO2005056994A1 (de) Luftspeicherkraftanlage
EP4251859A1 (de) System und verfahren zur speicherung und abgabe von elektrischer energie mit deren speicherung als wärmeenergie
DE102016112601A1 (de) Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip, Geothermieanlage mit einer solchen Vorrichtung und Betriebsverfahren
DE3212205A1 (de) Anlage fuer die ausnutzung von abwaerme mit niedrigem temperaturniveau einer gas-pipeline-kompressorstation
DE102012110579B4 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung von Prozessdampf
EP1744032A1 (de) Gas- und Dampfturbinenanlage sowie Verfahren zu deren Betrieb
EP0158629B1 (de) Dampfkreislauf für Dampfkraftanlagen
DE102007022950A1 (de) Verfahren zum Transport von Wärmeenergie und Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17739978

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17739978

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1