WO2018172415A1 - Steam power plant having an improved control reserve - Google Patents

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WO2018172415A1
WO2018172415A1 PCT/EP2018/057178 EP2018057178W WO2018172415A1 WO 2018172415 A1 WO2018172415 A1 WO 2018172415A1 EP 2018057178 W EP2018057178 W EP 2018057178W WO 2018172415 A1 WO2018172415 A1 WO 2018172415A1
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WO
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steam
pressure
memory
turbine
power plant
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Application number
PCT/EP2018/057178
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Becker
Vladimir Danov
Christian Lindner
Thomas Loeper
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K1/00Steam accumulators
    • F01K1/04Steam accumulators for storing steam in a liquid, e.g. Ruth's type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/008Use of steam accumulators of the Ruth type for storing steam in water; Regulating thereof

Definitions

  • the share of renewable energies in the energy mix is steadily increasing and is thus an essential element in the implementation of the energy transition.
  • the goal is to increase the share of renewable energies.
  • the challenges with the use of renewable energies lie in particular in the time-varying supply characteristics.
  • FIG. 5 shows a diagram with two functions of power over time. Shown is the temporal deviation of power supply and demand in terms of energy consumption 1 (load) and wind power 2 as an example of renewable energy. Only in the fewest cases does the demanded amount of energy match the supply and the limited possibilities of regulation. Either the load 1 must be operated by stored energy 3, or there is excess wind energy 4 from the wind power production 2 before. In addition, renewable energy sources are not equally ⁇ SEN distributed locally available. This has the consequence that an increased network expansion is necessary, if no Alternati ⁇ ven can be used. This behavior leads to a reserve power market. It will be rewarded for that one is able for a short time to produce either energy to consume (negati ⁇ ve control power), or energy (positive control power).
  • a positive control power in seconds range can be provided in a steam power plant, for example, by the turbine inlet valves are opened for a short time and by the withdrawal of steam from the Boiler in the short term more power is generated.
  • the Dros ⁇ selung of the main condensate in the condenser, and an additional firing in the steam generator are well-known measures to provide more power in the short term.
  • Ruths stores 1 shows a Ruth's memory in the form of a vapor memory which consists of a large pressure vessel 6 in Wesentli ⁇ chen. Since the heat is stored in the end sensitive in the water, such memory supply only conditionally constant steam temperatures and can be used only for a short time due to the economy and especially the size. Scaling is usually done by the number of devices.
  • Liquid salt storage are usually used in the steam cycle at high temperatures. The heat is stored sensitively in molten salt. chert. The performance depends mainly on the rate of heat transfer and pump performance. Since energy is usually stored at a very high level, all components must be insulated very well in order to avoid losses.
  • batteries for storing electrical energy.
  • the electrical energy can be used for heating.
  • the prices for battery solutions are, however, relatively high.
  • PCM latent heat storage phase change materials
  • the object of the invention is to provide a method and a device, can be provided by the additional control power in a power plant process.
  • the directed to a method object of the invention comprises a switched into a steam cycle steam turbine ⁇ , with at least one high pressure and a medium and / or low pressure part, which are connected to each other via a cold Anlagenüberhitzungs effet (KZÜ), a
  • a steam storage which is a Ruths memory, in which an encapsulated PCM memory is integrated.
  • KZÜ cold reheat line
  • the object relating to a power plant OF INVENTION comprising a switched into a water-steam cycle steam turbine with at least one high-pressure and a medium and / or low-pressure part, which are connected to one another via a cold Eisenüberhitzungs effet (KZÜ).
  • KZÜ cold breederhitzungs effet
  • the steam storage is connected for loading with superheated steam with the cold reheat line (KZÜ) between the high pressure and the middle and / or low pressure part of the steam turbine, and connected for discharging with the steam circuit between the steam generator and the condenser.
  • FIG. 2 shows a Ruths memory 5 according to the invention with integrated macroencapsulated PCM.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention with a Ruths memory 5 with externally connected pipe register system 8 with externally arranged PCM.
  • the Ruth memories in FIGS. 2 and 3 use the saturated water of the Ruth's store 5 as the heat transfer fluid. Each variant can only absorb a certain amount of saturated water. Taking the water volume of a pure Ruth's memory 5 as a reference, the Ruth memory with macro-encapsulated 7 PCM displaces nearly 50% of the water content.
  • the present invention is based on the consideration of integrating these encapsulated PCM materials 7 into a Ruth memory 5.
  • the resulting vapor storage has a much higher capacity per volume, and is thus clearly superior to a Ruth memory of the prior art.
  • the present invention is based on the idea to integrate the modified Ruths memory according to the invention in a steam power plant.
  • the storage according to the invention can provide constant steam parameters over a long time, since the heat is not stored sensitively. During the discharge of Spei ⁇ chers or solidification of PCM material is continuous released heat at a constant temperature level. As a result, the use of this memory is also possible in places where the Grbertechniken are relatively small. The invention will be explained in more detail below with reference to FIG. 6:
  • FIG. 6 shows the integration according to the invention of a Ruth's memory 5 with encapsulated PCM materials 7 in one
  • the PCM phase change temperature is selected as follows:
  • the 15K represents the rate of temperature of the water / steam inventory of the Ruth's memory 5 to the temperature of the integrated PCM material 7.
  • the control valve 18 is advantageous for adjusting the vapor pressure in accordance with the reservoir loading temperature. Since you can quickly remove steam according to the duration of the control valve 18, quickly reduces the power plant performance and thus is already the participation in the negative reserve power market possible with small block performance.
  • the 15 K represents the rate of temperature of the integrated PCM material to the temperature of the Ruth's 5 water / steam inventory.
  • the steam is passed to the Niederbuchvormaschiner 19 and used by heat transfer to the main condensate. Since ⁇ by the Dampfentnähme is mini mized or even prevented ⁇ from the steam turbine. 11 Thus, more steam remains in the turbine 11 and generates higher power, which can be used as a rule ⁇ performance.
  • PCM phase change material
  • NaNÜ3-NaOH has a higher thermal conductivity and can better match the energy stored in the molten PCM with the heat transfer. transport the carrying surface of the capsule. Therefore, NaNC> 3-NaOH is the preferred PCM for the invention.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a capsule 20 in which a PCM 21 is arranged.
  • the capsule 20 is a stainless steel tube ⁇ having a diameter between 20 and 100 mm, preferably 50 mm, a length of between 200 mm to 1000 mm, preferably 400 mm, and a wall thickness of between 0.2 and 5 mm, preferably 1 mm , for use.
  • both ends are pressed together and welded. This results in both capsules 20, a section of 5 mm.
  • the capsule 20 is filled only between 50 and 95%, preferably 80%, with PCM because the PCM volume changes during the phase change.
  • the invention enables cost-effective integration ei ⁇ nes memory in a steam cycle, increases the flexibility of the steam cycle and thus allows participation in the negative and positive reserve power market.
  • Another advantage is that the integration manages with minimal additional expenses, which are limited to namely the Ruths memory 5 to be integrated with integrated PCM 7 and connecting pipes.
  • the integration does not require any structural changes in the low pressure feedwater preheating.
  • a control valve 18 is provided to adjust the saturated steam parameters according to the selected PCM.
  • the steam storage can also be unregulated. It is particularly advantageous that the memory saturated steam he witnesses ⁇ , the heat can be transferred directly from the low-pressure economizer 19 to the main condensate.
  • Turbine withdrawal steam is reduced. Any additional storage for providing support steam for the feed water tank is avoided by this concept or its requirements are reduced.

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

Abstract

The invention relates to a method and to an apparatus for providing additional control power of a power plant process (10). The power plant process (10) comprises a steam turbine (11) connected into a water vapor circuit, having at least one high-pressure part (12) and a medium-pressure (13) and/or no-pressure part (15), which are connected to one another via a cold intermediate superheating line, a steam generator and a condenser (22). According to the invention, a steam reservoir is provided, which is formed as a Ruths reservoir (5) and in which an encapsulated PCM reservoir (7) is integrated. To charge the steam reservoir, hot steam is taken from the cold intermediate superheating line (17), between the high-pressure (12) and the medium-pressure (13) and/or low-pressure part (14) of the steam turbine, and for charging, and thus for providing additional control power, steam is taken from the steam reservoir (5) and fed back into the water vapor circuit between the steam generator and the condenser (22).

Description

Beschreibung description
Dampfkraftwerk mit verbesserter Regelreserve Steam power plant with improved control reserve
Dampfkraftwerk mit verbesserter Regelreserve Steam power plant with improved control reserve
Der Anteil an erneuerbaren Energien im Energiemix steigt stetig an und ist damit ein wesentlicher Baustein bei der Umsetzung der Energiewende. Ziel ist es, den Anteil an erneuerba- ren Energien zu erhöhen. Die Herausforderungen bei der Nutzung erneuerbarer Energien liegen insbesondere in der zeitlich variierenden Angebotscharakteristik.  The share of renewable energies in the energy mix is steadily increasing and is thus an essential element in the implementation of the energy transition. The goal is to increase the share of renewable energies. The challenges with the use of renewable energies lie in particular in the time-varying supply characteristics.
Figur 5 zeigt ein Diagramm mit zwei Funktionen der Leistung über der Zeit. Dargestellt ist die zeitliche Abweichung von Strombereitstellung und -bedarf in Form von Energieverbrauch 1 (Last) und Windstromproduktion 2 als Beispiel für erneuerbare Energien. Nur in den wenigsten Fällen stimmt die nachgefragte Energiemenge mit dem Angebot und den eingeschränkten Regelungsmöglichkeiten überein. Entweder muss die Last 1 durch gespeicherte Energie 3 bedient werden, oder es liegt überschüssige Windnergie 4 aus der Windstromproduktion 2 vor. Darüber hinaus stehen erneuerbare Energien nicht gleicherma¬ ßen örtlich verteilt zur Verfügung. Dies hat zur Folge, dass ein vermehrter Netzausbau nötig wird, sofern keine Alternati¬ ven eingesetzt werden können. Dieses Verhalten führt zu einem Regelleistungsmarkt. Man wird dafür belohnt, dass man in der Lage ist, kurzzeitig entweder Energie zu verbrauchen (negati¬ ve Regelleistung) oder Energie zu produzieren (positive Re- gelleistung) . Figure 5 shows a diagram with two functions of power over time. Shown is the temporal deviation of power supply and demand in terms of energy consumption 1 (load) and wind power 2 as an example of renewable energy. Only in the fewest cases does the demanded amount of energy match the supply and the limited possibilities of regulation. Either the load 1 must be operated by stored energy 3, or there is excess wind energy 4 from the wind power production 2 before. In addition, renewable energy sources are not equally ¬ SEN distributed locally available. This has the consequence that an increased network expansion is necessary, if no Alternati ¬ ven can be used. This behavior leads to a reserve power market. It will be rewarded for that one is able for a short time to produce either energy to consume (negati ¬ ve control power), or energy (positive control power).
Um an diesem Markt teilnehmen zu können, muss die Flexibilität der Stromproduktion von Dampfkraftwerken oder kombinierten Gas- und Dampfkraftwerken erhöht werden. In order to participate in this market, the flexibility of electricity production from steam power plants or combined gas and steam power plants must be increased.
Eine positive Regelleistung im Sekundenbereich kann in einer Dampfkraftwerksanlage zum Beispiel dadurch bereitgestellt werden, indem kurzzeitig die Turbineneinlassventile weiter geöffnet werden und durch Ausspeicherung von Dampf aus dem Kessel kurzfristig mehr Leistung erzeugt wird. Auch die Dros¬ selung des Hauptkondensats im Kondensator, und eine Zusatzfeuerung im Dampferzeuger sind bekannte Maßnahmen um kurzfristig mehr Leistung bereitzustellen. A positive control power in seconds range can be provided in a steam power plant, for example, by the turbine inlet valves are opened for a short time and by the withdrawal of steam from the Boiler in the short term more power is generated. The Dros ¬ selung of the main condensate in the condenser, and an additional firing in the steam generator are well-known measures to provide more power in the short term.
Eine Erhöhung der Flexibilität eines Dampfkreises in einem Dampfkraftwerk ist zudem auch durch den Einsatz von Wärmespeichern möglich. Die Funktionalität und Effizienz eines Wärmespeichers hängt maßgeblich davon ab, an welche Stelle und in welcher Art und Weise ein Wärmespeicher in dem Dampfkreis integriert wird. Ziel ist immer eine passende Technolo¬ gie an einer passenden Stelle zu platzieren. An increase in the flexibility of a steam cycle in a steam power plant is also possible through the use of heat storage. The functionality and efficiency of a heat accumulator largely depends on where and in what way a heat accumulator is integrated in the steam circuit. The goal is always to place a suitable Technolo gy ¬ at a suitable location.
Auf dem Markt gibt es keine vorhandene Standardlösung für die Integration eines Wärmespeichers in einem Kraftwerk. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Speicherlösungen bekannt. Dabei unterscheidet man zwischen sensiblen und latenten Wärmespeichern . Als sensible Wärmespeicher sind Warmwasser- bzw. Druckwasserspeicher oder P2H Lösungen bekannt. Hierbei wird Wärme aus dem Dampfkreis oder direkt Elektrizität verwendet, um Warm¬ wasser auf dem Niveau einer Fernwärmeleitung zu erzeugen. Diese Lösungen können jedoch nur zur negativen Regelleistung verwendet werden. There is no existing standard solution on the market for integrating a heat accumulator in a power plant. Various storage solutions are known from the prior art. A distinction is made between sensitive and latent heat storage. Hot water or pressurized water storage tanks or P2H solutions are known as sensitive heat storage tanks. In this case, heat from the steam cycle or directly electricity is used to produce warm ¬ water at the level of a district heating pipe. However, these solutions can only be used for negative control power.
Außerdem bekannt sind Ruths-Speicher. Figur 1 zeigt einen Ruths-Speicher in Form eines DampfSpeichers , der im Wesentli¬ chen aus einem großen Druckbehälter 6 besteht. Da die Wärme am Ende sensibel im Wasser gespeichert wird, liefern solche Speicher nur bedingt konstante Dampftemperaturen und können aufgrund der Wirtschaftlichkeit und vor allem der Größe nur kurzzeitig verwendet werden. Eine Skalierung erfolgt in der Regel über die Anzahl an Apparaten. Also known are Ruths stores. 1 shows a Ruth's memory in the form of a vapor memory which consists of a large pressure vessel 6 in Wesentli ¬ chen. Since the heat is stored in the end sensitive in the water, such memory supply only conditionally constant steam temperatures and can be used only for a short time due to the economy and especially the size. Scaling is usually done by the number of devices.
Weiterhin bekannt sind Flüssigsalzspeicher. Flüssigsalzspeicher werden in der Regel im Dampfkreis bei hohen Temperaturen eingesetzt. Die Wärme wird sensibel in Flüssigsalz gespei- chert. Dabei hängen die Leistungsfähigkeit hauptsächlich von der Grädigkeit des Wärmeübertragers und der Pumpenleistung ab. Da hier die Energie in der Regel auf einem sehr hohen Niveau gespeichert wird, müssen alle Komponenten sehr gut iso- liert werden, um Verluste zu vermeiden. Also known are liquid salt storage. Liquid salt storage are usually used in the steam cycle at high temperatures. The heat is stored sensitively in molten salt. chert. The performance depends mainly on the rate of heat transfer and pump performance. Since energy is usually stored at a very high level, all components must be insulated very well in order to avoid losses.
Zudem bekannt sind Batterien zur Speicherung elektrischer Energie. Die elektrische Energie kann zur Erwärmung genutzt werden. Die Preise für Batterielösungen sind allerdings ver- hältnismäßig hoch. Also known are batteries for storing electrical energy. The electrical energy can be used for heating. The prices for battery solutions are, however, relatively high.
Als Latentwärmespeicher sind Phasenwechselmaterialien (PCM) bekannt. Makroverkapselte PCM sind bereits aus der DE 10 2014 203 545 AI bekannt. Die DE 10 2014 203 545 AI beschreibt be- sondere die Herstellungsmethode der Kapseln. As latent heat storage phase change materials (PCM) are known. Macroencapsulated PCM are already known from DE 10 2014 203 545 AI. DE 10 2014 203 545 A1 describes in particular the production method of the capsules.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die zusätzliche Regelleistung in einem Kraftwerksprozesses bereitgestellt werden kann. The object of the invention is to provide a method and a device, can be provided by the additional control power in a power plant process.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe der Erfindung um- fasst eine in einen Wasserdampfkreislauf geschaltete Dampf¬ turbine, mit wenigstens einem Hochdruck und einem Mittel- und/oder Niederdruckteil, die über eine kalte Zwischenüber- hitzungsleitung (KZÜ) miteinander verbunden sind, einem The directed to a method object of the invention comprises a switched into a steam cycle steam turbine ¬ , with at least one high pressure and a medium and / or low pressure part, which are connected to each other via a cold Zwischenüberhitzungsleitung (KZÜ), a
Dampferzeuger und einem Kondensator. Dabei ist ein DampfSpeicher vorgesehen, der ein Ruths-Speicher ist, in den ein gekapselter PCM Speicher integriert ist. Zum Beladen wird Heißdampf aus der kalten Zwischenüberhitzungsleitung (KZÜ) zwi- sehen dem Hochdruck und dem Mittel- und/oder Niederdruckteil der Dampfturbine entnommen. Zum Entladen und somit zur Bereitstellung von zusätzlicher Regelleistung wird Dampf entnommen, und der Dampf in den Wasserdampfkreislauf zwischen dem Dampferzeuger und dem Kondensator zurückgeführt.  Steam generator and a condenser. In this case, a steam storage is provided, which is a Ruths memory, in which an encapsulated PCM memory is integrated. For loading superheated steam from the cold reheat line (KZÜ) between see the high pressure and the middle and / or low pressure part of the steam turbine removed. For discharging and thus providing additional control power, steam is withdrawn and the steam is returned to the steam cycle between the steam generator and the condenser.
Die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe der Erfin¬ dung umfassend eine in einen Wasserdampfkreislauf geschaltete Dampfturbine mit wenigstens einem Hochdruck und einem Mittel- und/oder Niederdruckteil, die über eine kalte Zwischenüber- hitzungsleitung (KZÜ) miteinander verbunden sind. Zur Speicherung und Bereitstellung von zusätzlicher Regelleistung ist dabei ein DampfSpeicher vorgesehen, der ein Ruths-Speicher ist, und in den ein gekapselter PCM Speicher integriert ist. Dabei ist der DampfSpeicher zum Beladen mit Heißdampf mit der kalten Zwischenüberhitzungsleitung (KZÜ) zwischen dem Hochdruck und dem Mittel- und/oder Niederdruckteil der Dampfturbine verbunden, und zum Entladen mit dem Wasserdampfkreislauf zwischen dem Dampferzeuger und dem Kondensator verbunden. The object relating to a power plant OF INVENTION The object of the dung ¬ comprising a switched into a water-steam cycle steam turbine with at least one high-pressure and a medium and / or low-pressure part, which are connected to one another via a cold Zwischenüberhitzungsleitung (KZÜ). For storage and provision of additional control power while a steam storage is provided, which is a Ruths memory, and in which an encapsulated PCM memory is integrated. In this case, the steam storage is connected for loading with superheated steam with the cold reheat line (KZÜ) between the high pressure and the middle and / or low pressure part of the steam turbine, and connected for discharging with the steam circuit between the steam generator and the condenser.
Die Erfindung stellt ein neuartiges Konzept zu Integration eines makroverkapselten PCM ( Phasenwechselmaterial ) Speicher in einem Dampfkreis dar. Figur 2 zeigt einen erfindungsgemä- ßen Ruths-Speicher 5 mit integriertem makroverkapseltem PCM. Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Ruths-Speicher 5 mit extern zugeschaltetem Rohrregistersystem 8 mit extern angeordneten PCM. Die Ruths- Speicher in den Figuren 2 und 3 verwenden das gesättigte Was- ser des Ruths-Speichers 5 als Wärmeträgerfluid . Jede Variante kann nur ein gewisses gesättigtes Wasservolumen aufnehmen. Zieht man das Wasservolumen eines reinen Ruths-Speicher 5 als Referenz heran, so verdrängt der Ruth Speicher mit makroverkapseltem 7 PCM nahezu 50 % des Wasserinhalts. The invention represents a novel concept for integrating a macroencapsulated PCM (phase change material) memory in a steam circuit. FIG. 2 shows a Ruths memory 5 according to the invention with integrated macroencapsulated PCM. FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention with a Ruths memory 5 with externally connected pipe register system 8 with externally arranged PCM. The Ruth memories in FIGS. 2 and 3 use the saturated water of the Ruth's store 5 as the heat transfer fluid. Each variant can only absorb a certain amount of saturated water. Taking the water volume of a pure Ruth's memory 5 as a reference, the Ruth memory with macro-encapsulated 7 PCM displaces nearly 50% of the water content.
Die vorliegende Erfindung geht einerseits von der Überlegung aus, diese verkapselten PCM Materialien 7 in einen Ruths- Speicher 5 zu integrieren. Der dadurch erzielte DampfSpeicher weist eine wesentlich höhere Kapazität pro Volumen auf, und ist somit einem Ruth Speicher aus dem Stand der Technik deutlich überlegen. Andererseits geht die vorliegende Erfindung von der Überlegung aus, den erfindungsgemäßen modifizierten Ruths-Speicher in eine Dampfkraftwerksanlage zu integrieren. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Speicher über länge¬ re Zeit konstante Dampfparameter liefern, da die Wärme nicht sensibel gespeichert wird. Während der Entladung des Spei¬ chers bzw. Erstarrung des PCM Materials wird kontinuierlich auf konstantem Temperaturniveau Wärme abgegeben. Dadurch ist der Einsatz dieses Speichers auch an Stellen möglich, wo die Grädigkeiten relativ klein sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figur 6 näher erläutert : On the one hand, the present invention is based on the consideration of integrating these encapsulated PCM materials 7 into a Ruth memory 5. The resulting vapor storage has a much higher capacity per volume, and is thus clearly superior to a Ruth memory of the prior art. On the other hand, the present invention is based on the idea to integrate the modified Ruths memory according to the invention in a steam power plant. In addition, the storage according to the invention can provide constant steam parameters over a long time, since the heat is not stored sensitively. During the discharge of Spei ¬ chers or solidification of PCM material is continuous released heat at a constant temperature level. As a result, the use of this memory is also possible in places where the Graßigkeiten are relatively small. The invention will be explained in more detail below with reference to FIG. 6:
Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Integration eines Ruths- Speichers 5 mit verkapselten PCM Materialien 7 in einer FIG. 6 shows the integration according to the invention of a Ruth's memory 5 with encapsulated PCM materials 7 in one
Dampfkraftwerksanlage 10. Zu sehen ist eine Dampfturbine 11 mit einem Hochdruckteil 12 einem Mitteldruckteil 13 und einem Niederdruckteil 14 auf einer gemeinsamen Welle 15. Der Dampf der im Hochdruckteil 12 der Dampfturbine 11 entspannt wurde, strömt über eine kalte Zwischenüberhitzungsleitung KZÜ 17 zu- rück in den Dampferzeuger, wird dort erhitzt, und dem Mittel¬ druckteil 13 der Dampfturbine 11 zugeführt. An der kalten Zwischenüberhitzungsleitung 17 ist der erfindungsgemäße Wärmespeicher angeschlossen. Zur Beladung des Ruths-Speichers 5 wird Dampf aus der Kalten- Zwischenüberhitzung (KZÜ) 17 der Dampfturbine entnommen. Die Kalte-Zwischenüberhitzung 17 stellt im Dampfkraftwerk eine sichere Versorgungsschiene dar, da der Dampf bereits vor dem Anfahren der Turbine, aber auch während des Turbinenbetriebes entnommen werden kann. Die Entnahmemenge aus der KZÜ 17 zur Beladung des Ruths-Speichers 5 wird begrenzt durch die Steam power plant 10. One can see a steam turbine 11 with a high-pressure part 12, a medium-pressure part 13 and a low-pressure part 14 on a common shaft 15. The steam which has been expanded in the high-pressure part 12 of the steam turbine 11 flows back into the via a cold reheat line KZU 17 Steam generator is heated there, and the central ¬ pressure member 13 of the steam turbine 11 is supplied. At the cold reheat line 17 of the heat accumulator according to the invention is connected. To load the Ruths-memory 5 steam from the Kaltenüberhitzung (KZÜ) 17 of the steam turbine is removed. The cold reheat 17 represents a safe supply rail in the steam power plant, since the steam can be removed before the start of the turbine, but also during turbine operation. The removal amount from the KZÜ 17 for loading the Ruths memory 5 is limited by the
Mindestdurchströmung im Zwischenüberhitzer-Kessel und die Mindestdurchströmung in der Mitteldruck- (MD) und Niederdruck- (ND) Turbine. Minimum flow in the reheater boiler and minimum flow in the medium pressure (MD) and low pressure (ND) turbine.
Der entnommene Dampf kondensiert in dem Ruths-Speicher 5, gibt seine Kondensationswärme ab und schmilzt dadurch das PCM 7. Die PCM-Phasenwechseltemperatur wird folgendermaßen gewählt : The withdrawn vapor condenses in the Ruths memory 5, releases its heat of condensation and thereby melts the PCM 7. The PCM phase change temperature is selected as follows:
PCM < Tsat (P MIN KZÜ) 15 Die 15 K (Kelvin) stellen die Grädigkeit der Temperatur des Wasser-/Dampfinventars des Ruths-Speichers 5 zur Temperatur des integrierten PCM-Materials 7 dar. Das Regelventil 18 ist vorteilhaft, um den Dampfdruck entsprechend der Speicherbel- adetemperatur einzustellen. Da man entsprechend der Laufzeit des Regelventils 18 schnell Dampf entnehmen kann, verringert sich schnell die Kraftwerksleistung und somit ist bereits die Teilnahme an dem negativen Regelleistungsmarkt bei kleinen Blockleistungen möglich. PCM < - Tsat (P MIN KZÜ) 15 The 15K (Kelvin) represents the rate of temperature of the water / steam inventory of the Ruth's memory 5 to the temperature of the integrated PCM material 7. The control valve 18 is advantageous for adjusting the vapor pressure in accordance with the reservoir loading temperature. Since you can quickly remove steam according to the duration of the control valve 18, quickly reduces the power plant performance and thus is already the participation in the negative reserve power market possible with small block performance.
Im Falle der Dampfentnähme vor dem Anfahren der Turbine er¬ folgt die Speicherung von Energie bereits während des Turbi- nen-Bypass-Betriebes . Bei der Entladung wird Dampf ungeregelt aus dem Ruths-Speicher 5 entnommen. Dadurch erstarrt das PCM 7, und gibt seine Wärme an das Wasser, welches verdampft. Da¬ durch ist eine Dampfentnähme bei konstanter Temperatur mög¬ lich. Der im Ruths-Speicher 5 mit integrierten PCM 7 erzeugte Dampf hat eine Temperatur von: TDampf <= TPCM ~~ 15 K. In the case of Dampfentnähme before starting the turbine he ¬ follows the storage of energy already during the turbine bypass operation. When unloading steam is unregulated removed from the Ruths memory 5. This solidifies the PCM 7, and gives its heat to the water, which evaporates. Since ¬ by a Dampfentnähme at constant temperature is mög ¬ Lich. The steam generated in the Ruths memory 5 with integrated PCM 7 has a temperature of: TDampf < = TPCM ~~ 15 K.
Die 15 K (Kelvin) stellen die Grädigkeit der Temperatur des integrierten PCM-Materials zur Temperatur des Wasser- /Dampfinventars des Ruths-Speichers 5 dar. The 15 K (Kelvin) represents the rate of temperature of the integrated PCM material to the temperature of the Ruth's 5 water / steam inventory.
Der Dampf wird auf den Niederdruckvorwärmer 19 geführt und durch Wärmeübertragung auf das Hauptkondensat genutzt. Da¬ durch wird die Dampfentnähme aus der Dampfturbine 11 mini¬ miert bzw. sogar verhindert. Somit verbleibt mehr Dampf in der Turbine 11 und erzeugt höhere Leistung, die als Regel¬ leistung verwendet werden kann. The steam is passed to the Niederdruckvorwärmer 19 and used by heat transfer to the main condensate. Since ¬ by the Dampfentnähme is mini mized or even prevented ¬ from the steam turbine. 11 Thus, more steam remains in the turbine 11 and generates higher power, which can be used as a rule ¬ performance.
Zusätzlich führt die höhere Sattdampftemperatur des gespeicherten Dampfes zur Erhöhung der Temperatur des Hauptkonden- sates nach dem mittels gespeicherten Dampfes versorgten Niederdruckvorwärmers 19. Dies bewirkt zusätzlich eine Verringe¬ rung des Dampfbedarfes des folgenden Speisewasserbehälters, was wiederum bedeutet, dass mehr Dampf in der Dampfturbine 11 verbleibt und zusätzlich mehr Turbinenleistung erzeugt wird. In addition, the higher saturated vapor temperature of the stored vapor tends to increase the temperature of the Hauptkonden- sates after powered by stored vapor Niederdruckvorwärmers 19. This additionally causes a reduced copy ¬ tion of the steam demand of the feedwater tank below, which in turn means that more steam remains in the steam turbine 11 and in addition more turbine power is generated.
Damit ist eine Teilnahme an dem positiven Regelleistungsmarkt möglich. Der Vorteil dieser Integration ist es, dass manThis allows participation in the positive balancing market. The advantage of this integration is that you
Dampf bereits bei relativ kleinen Drücken aus der KZÜ 17 entnehmen und als Wärme im Ruths-Speicher 5 mit integrierten PCM 7 speichern kann aber trotzdem einen großen Einfluss auf die Stromproduktion hat, da die Speicherentladung bei hohen Steam can be taken from the KZÜ 17 even at relatively low pressures and stored as heat in the Ruths memory 5 with integrated PCM 7, but nevertheless has a great influence on the power production, since the storage discharge at high
Blockleistungen erfolgt. Dadurch ist ein kostengünstiges Konzept mit relativ wenig Wärmeverlust möglich.  Block services done. As a result, a cost-effective concept with relatively little heat loss is possible.
In der folgenden Tabelle ist eine Auswahl an Salzhydraten aufgelistet, welche die Anforderungen an das verkapselte Pha- senwechselmaterial (PCM) 7 für die behandelten Speicheranwendungen erfüllt. Hierzu zählen beispielsweise das PCM The following table lists a selection of salt hydrates that meets encapsulated phase change material (PCM) 7 requirements for the treated storage applications. These include, for example, the PCM
95%NaNÜ3+ 5%NaCl, bestehend aus einem Masseverhältnis von 95% Natriumnitrat und 5% Natriumchlorid. Zu diesen Materialien sind auch die stofflichen Eigenschaften, wie spezifische Wär- mekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte und auch die Schmelz¬ entropie und die Schmelztemperatur bekannt. 95% NaN 3+ + 5% NaCl, consisting of a mass ratio of 95% sodium nitrate and 5% sodium chloride. These materials and the material properties are as specific heat capacity, thermal conductivity, density and the melting ¬ entropy and the melting temperature known.
Figure imgf000009_0001
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Aus der Tabelle wird bei einem Vergleich der Schmelzent- halpien und der spezifischen Wärmekapazitäten ersichtlich, dass NaN03-NaOH zwar einen schlechteren Wärmekapazitätswert CpPCM besitzt, dafür aber eine deutlich größere Schmelzenthal¬ pie hSchmeiz beim Phasenwechsel freisetzt. Zudem besitzt NaNÜ3- NaOH eine höhere Wärmeleitfähigkeit und kann so die im ge- schmolzenen PCM gespeicherte Energie besser an die Wärmeüber- tragungsflache der Kapsel transportieren. Daher ist NaNC>3- NaOH das für die Erfindung bevorzugte PCM. From the table it can be seen in a comparison of enthalpies Schmelzent- and the specific heat capacity that although NaN0 3 -NaOH poorer heat capacity value has CpPCM, but a significantly greater melting Thal ¬ pie h Schme iz release during the phase change. In addition, NaNÜ3-NaOH has a higher thermal conductivity and can better match the energy stored in the molten PCM with the heat transfer. transport the carrying surface of the capsule. Therefore, NaNC> 3-NaOH is the preferred PCM for the invention.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer Kapsel 20, in der ein PCM 21 angeordnet ist. Als Kapsel 20 kommt ein Edelstahl¬ rohr mit einem Durchmesser zwischen 20 und 100 mm, vorzugsweise 50 mm, einer Länge von zwischen 200 mm bis 1000 mm, vorzugsweise 400 mm, und einer Wandstärke von zwischen 0,2 und 5 mm, vorzugsweise 1 mm, zum Einsatz. Nachdem die Kapsel 20 mit PCM 21 befüllt ist, werden beide Enden zusammen ge- presst und verschweißt. Dadurch entsteht an beiden Kapseln 20 ein Abschnitt von je 5 mm. Zudem wird die Kapsel 20 nur von zwischen 50 und 95 %, vorzugsweise mit 80 %, mit PCM befüllt da sich das PCM Volumen beim Phasenwechsel verändert. FIG. 4 shows an embodiment of a capsule 20 in which a PCM 21 is arranged. The capsule 20 is a stainless steel tube ¬ having a diameter between 20 and 100 mm, preferably 50 mm, a length of between 200 mm to 1000 mm, preferably 400 mm, and a wall thickness of between 0.2 and 5 mm, preferably 1 mm , for use. After the capsule 20 has been filled with PCM 21, both ends are pressed together and welded. This results in both capsules 20, a section of 5 mm. In addition, the capsule 20 is filled only between 50 and 95%, preferably 80%, with PCM because the PCM volume changes during the phase change.
Die Erfindung ermöglicht eine kostengünstige Integration ei¬ nes Speichers in einem Dampfkreis, erhöht die Flexibilität des Dampfkreises und ermöglicht damit die Teilnahme an dem negativen und positiven Regelleistungsmarkt. The invention enables cost-effective integration ei ¬ nes memory in a steam cycle, increases the flexibility of the steam cycle and thus allows participation in the negative and positive reserve power market.
Besonders von Vorteil dabei ist, dass eine Dampfspeicherung bereits ab Mindestlast des Kraftwerkes und auch schon während des Anfahrens der Turbine erfolgen kann. Die Dampfausspeicherung erfolgt dabei auf dem hohen Leistungsniveau des Kraftwerkes. It is particularly advantageous in this case that steam storage can already take place from the minimum load of the power plant and even during the startup of the turbine. The steam storage takes place on the high performance level of the power plant.
Vorteilhaft dabei ist auch, dass die Integration dabei mit minimalen zusätzlichen Aufwendungen auskommt, die sich vor- nämlich auf den zu integrierenden Ruths-Speicher 5 mit integrierten PCM 7 und verbindenden Rohrleitungen beschränken. Die Integration erfordert keine strukturellen Änderungen in der Niederdruck-Speisewasservorwärmung . In der Dampfentnähme 11 aus der KZÜ 17 ist ein Regelventil 18 vorgesehen, um die Sattdampfparameter entsprechend des gewählten PCM einzustellen. Die Dampfausspeicherung kann auch ungeregelt erfolgen. Besonders vorteilhaft ist, dass der Speicher Sattdampf er¬ zeugt, dessen Wärme direkt vom Niederdruckvorwärmer 19 auf das Hauptkondensat übertragen werden kann. Zusätzlich erlaubt die vorhandene Förderung des Nebenkondensates mit der Another advantage is that the integration manages with minimal additional expenses, which are limited to namely the Ruths memory 5 to be integrated with integrated PCM 7 and connecting pipes. The integration does not require any structural changes in the low pressure feedwater preheating. In the Dampfentnähme 11 from the KZÜ 17, a control valve 18 is provided to adjust the saturated steam parameters according to the selected PCM. The steam storage can also be unregulated. It is particularly advantageous that the memory saturated steam he witnesses ¬, the heat can be transferred directly from the low-pressure economizer 19 to the main condensate. In addition, the existing promotion of the Nebenkondensates allowed with the
Nebenkondensatpumpe in den Hauptkondensatstrom eine vollständige Nutzung der ausgespeicherten Energie. Nebenkondensatpumpe in the main condensate flow complete use of the stored energy.
Da der Ruths-Speicher 5 mit integrierten PCM 7 auf einem höheren Druckniveau Sattdampf produziert als die dem Nieder- druckvorwärmer 19 zugeordnete Turbinenanzapfung, erhöht sich die Temperatur des Hauptkondensates nach dem mittels gespei¬ cherten Dampf versorgten Niederdruckvorwärmers, was vorteil¬ haft den Dampfbedarf für den nachfolgenden Vorwärmern reduziert. Dies führt dazu, dass nicht nur an der Stelle der Speicherintegration Turbinenentnahmedampf durch Dampf aus dem Speicher ersetzt wird sondern am nachfolgenden Niederdruckvorwärmer (in unserem Fall der Speisewasserbehälter) Since the Ruth's memory 5 produced with integrated PCM 7 at a higher pressure level of saturated steam than the low druckvorwärmer 19 associated Turbinenanzapfung, the temperature of the main condensate is increased after the supplied via vomit ¬ cherten steam Niederdruckvorwärmers what advantageous ¬ way the steam requirement for the reduced subsequent preheaters. As a result, not only at the location of the storage integration, turbine recovery steam is replaced by steam from the storage, but at the subsequent low pressure preheater (in our case, the feedwater tank).
Turbinenentnahmedampf reduziert wird. Ein eventuell zusätzlicher Speicher zur Bereitstellung von Stützdampf für den Speisewasserbehälter wird durch dieses Konzept vermieden, oder dessen Anforderungen werden reduziert . Turbine withdrawal steam is reduced. Any additional storage for providing support steam for the feed water tank is avoided by this concept or its requirements are reduced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bereitstellung von zusätzlicher Regelleistung eines Kraftwerksprozesses (10), umfassend eine in einen Wasserdampfkreislauf geschaltete Dampfturbine (11), mit we¬ nigstens einem Hochdruck- (12), einem Mittel- (13) und/oder Niederdruckteil (14), die über eine kalte Zwischenüberhit- zungsleitung (17) miteinander verbunden sind, einem Dampferzeuger und einem Kondensator (22) wobei 1. A method for providing additional control performance of a power plant process (10) comprising a switched into a water-steam cycle vapor turbine (11), we ¬ nigstens a high-pressure (12), a central (13) and / or low-pressure part (14), which are interconnected via a cold reheat line (17), a steam generator and a condenser (22)
ein DampfSpeicher vorgesehen ist, wobei der DampfSpeicher ein Ruths-Speicher (5) ist, in dem ein gekapselter PCM Speicher (7) integriert ist, a steam storage is provided, wherein the steam storage is a Ruths memory (5), in which an encapsulated PCM memory (7) is integrated,
- dem zum Beladen Heißdampf aus der kalten Zwischenüber- hitzungsleitung (17) zwischen dem Hochdruck- (12) und dem Mittel- (13) und/oder Niederdruckteil (14) der  - For loading superheated steam from the cold reheat line (17) between the high pressure (12) and the middle (13) and / or low pressure part (14) of
Dampfturbine (11) entnommen wird, und  Steam turbine (11) is removed, and
- dem zum Entladen und somit zur Bereitstellung von zusätzlicher Regelleistung Dampf entnommen wird, und der Dampf in den Wasserdampfkreislauf zwischen dem Dampfer- zeuger und dem Kondensator (22) zurückgeführt wird.  - Is taken for discharging and thus to provide additional control power steam, and the steam in the water vapor cycle between the steam generator and the condenser (22) is returned.
2. Kraftwerksanlage (10) umfassend eine in einen Wasserdampf¬ kreislauf geschaltete Dampfturbine (11) mit wenigstens einem Hochdruck- (12) und einem Mittel- (13) und/oder Niederdruck- teil (14), die über eine kalte Zwischenüberhitzungsleitung (17) miteinander verbunden sind, 2. Power plant (10) comprising a switched into a water vapor ¬ cycle steam turbine (11) with at least one high-pressure (12) and a central (13) and / or low-pressure part (14), which (via a cold reheat line 17 ) are interconnected,
dadurch gekennzeichnet dass, characterized in that
zur Speicherung und Bereitstellung von zusätzlicher Regelleistung ein DampfSpeicher vorgesehen ist, wobei der Dampf- Speicher ein Ruths-Speicher (5) ist, in den ein gekapselter PCM Speicher (7) integriert ist, wobei der DampfSpeicher (5) zum Beladen mit Heißdampf mit der kalten Zwischenüberhit- zungsleitung (17) zwischen dem Hochdruck- (12) und dem Mittel- (13) und/oder Niederdruckteil (14) der Dampfturbine ver- bunden ist, und zum Entladen mit dem Wasserdampfkreislauf zwischen dem Dampferzeuger und dem Kondensator (22) verbunden ist . a steam storage is provided for storing and providing additional control power, the steam storage is a Ruths memory (5), in which an encapsulated PCM memory (7) is integrated, wherein the steam storage (5) for superheated steam with the cold reheat line (17) is connected between the high-pressure (12) and the medium (13) and / or low-pressure part (14) of the steam turbine, and for discharging with the steam circuit between the steam generator and the condenser (22). connected is .
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4192144A (en) * 1977-01-21 1980-03-11 Westinghouse Electric Corp. Direct contact heat exchanger with phase change of working fluid
US20150219403A1 (en) * 2012-08-29 2015-08-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Steam heat storage system
DE102014202277A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Energy storage for intermediate storage of electrical energy
DE102014203545A1 (en) 2014-02-27 2015-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Encapsulation of phase change materials
US20160222832A1 (en) * 2013-09-24 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a steam turbine plant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4192144A (en) * 1977-01-21 1980-03-11 Westinghouse Electric Corp. Direct contact heat exchanger with phase change of working fluid
US20150219403A1 (en) * 2012-08-29 2015-08-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Ene Alt Steam heat storage system
US20160222832A1 (en) * 2013-09-24 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a steam turbine plant
DE102014202277A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Energy storage for intermediate storage of electrical energy
DE102014203545A1 (en) 2014-02-27 2015-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Encapsulation of phase change materials

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