WO2020025462A1 - Vorrichtung und verfahren zur speicherung von dampf - Google Patents

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WO2020025462A1
WO2020025462A1 PCT/EP2019/070118 EP2019070118W WO2020025462A1 WO 2020025462 A1 WO2020025462 A1 WO 2020025462A1 EP 2019070118 W EP2019070118 W EP 2019070118W WO 2020025462 A1 WO2020025462 A1 WO 2020025462A1
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steam
pressure
low
thermochemical heat
heat accumulator
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PCT/EP2019/070118
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Vladimir Danov
Florian REISSNER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/32—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines
    • F22D1/325—Schematic arrangements or control devices therefor

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method according to the Oberbe handle of claim 10.
  • renewable energies have increased steadily in recent years. Due to the varying supply characteristics of renewable energies, a major challenge here is to integrate them into existing energy networks, in particular electricity networks. This is half the case, because typically for renewable forms of energy, their generation does not match current demand. Furthermore, renewable energies are unevenly distributed locally. Attempts are currently being made to overcome the aforementioned challenges by expanding existing energy networks or power grids.
  • the steam cycle can be made more flexible by means of a steam accumulator.
  • the steam generated is temporarily stored using the steam accumulator. If there is a power requirement for the steam power plant, the steam is made available by means of the steam store and is led to the turbine of the steam power plant for generating electrical current. In other words, excess electricity can be shifted into periods of need by means of the steam accumulator. This can make a contribution to network stability.
  • a disadvantage of known steam storage facilities is that they are still too sluggish to allow sufficient flexibility for steam power plants. This is because the flexibility of evaporation, typically water, is limited by the large masses used. This makes it difficult to react to short-term fluctuations in electricity production.
  • the device comprises a steam circuit with at least one low-pressure part turbine and a thermochemical heat accumulator integrated in the steam circuit, the steam circuit having a bypass line which extends from one stage of the low-pressure part turbine to at least one low-pressure preheater.
  • the steam cycle is designed such that steam from the bypass line can be supplied to the thermochemical heat store, in particular can be supplied directly.
  • the bypass line extends from one of the first stages, for example from the first, second, third, fourth or fifth stage, of the low-pressure turbine section to at least one low-pressure preheater.
  • the bypass line can preferably extend from the first stage of the low-pressure turbine to the at least one low-pressure preheater.
  • thermochemical heat store By means of the thermochemical heat store, in particular at least part of the thermal energy of the steam is stored. A direct storage of the steam is not necessary, but can be provided.
  • An arrangement of a further element of the steam circuit before or after an element of the steam circuit relates to the direction of flow or the direction of circulation of the steam circuit.
  • the relative arrangements - before or after - relate to the steam cycle.
  • a further element is arranged in front of an element if the direction of flow of the steam within the steam circuit is effectively directed from the further element to the element.
  • a further element is arranged after an element if the direction of flow of the steam within the steam circuit is effectively directed from the element to the further element.
  • the two elements can be mentally connected to one another by a summed up effective flow vector, this effective flow vector from the element to the further element (further element arranged after the element) or from the further element to the element (further element before the element arranged) is directed.
  • the summed effective flow vector thus characterizes the net flow direction from the element to the further element or from the further element to the element.
  • Another element is placed immediately before or immediately after an element, if between the elements are no other element that interacts significantly with the steam of the steam cycle.
  • thermochemical heat store is integrated in the steam cycle.
  • a thermochemical heat store is used for at least partially storing the steam and / or for at least partially storing the thermal energy of the steam.
  • the thermochemical heat accumulator is integrated in the steam circuit of the device.
  • thermochemical heat accumulator is loaded with an endothermic chemical reaction and discharged with an exothermic chemical reaction.
  • the thermochemical heat store has a reaction system.
  • the reaction temperatures for loading and unloading can be adjusted by means of the pressure. Reaction pressure and reaction temperature are related via the reaction equilibrium (Van 't Hoff equation).
  • the thermochemical heat accumulator is discharged from the bypass line by means of steam.
  • water has to be supplied for the discharge.
  • the present invention is particularly advantageous for water-based reaction systems.
  • Water-based reaction systems are characterized, for example, by the fact that water is released during loading.
  • a storage medium of the thermochemical heat storage which is part of the reaction system, is dried during loading. When unloading, this water or water vapor must be added again. This water vapor supplied can be referred to as reaction vapor.
  • steam from the bypass line is provided, which advantageously has an advantageous pressure level and temperature level for water-based reaction systems.
  • the present invention therefore enables, for example, an advantageous integration of a thermochemical heat store into the steam cycle of a steam power plant.
  • a flexible steam cycle is advantageously provided by the device according to the invention.
  • the device can be operated flexibly with regard to the amount of steam and thus with regard to the amount of electricity generated.
  • thermochemical heat accumulator In the inventive method for operating a steam circuit with at least one low-pressure turbine, egg nen in the steam circuit thermochemical heat accumulator and a bypass line, steam is supplied from the bypass line to the thermochemical heat accumulator.
  • the bypass line extends from a stage of the low pressure turbine to at least one low pressure preheater of the steam circuit.
  • the device according to the invention has the same and equivalent advantages of the method according to the invention.
  • thermochemical heat store comprises strontium bromide / water as a reaction system.
  • reaction system is advantageously water-based. Furthermore, this reaction system has an advantageous reaction temperature and an advantageous reaction pressure.
  • thermochemical heat accumulator When loading the thermochemical heat accumulator, the strontium bromide present as monohydrate is dried by means of heat from the steam cycle. As a result, the strontium bromide monohydrate is converted into strontium bromide anhydrate, water or water vapor being released.
  • the loading reaction the thermochemical heat accumulator is therefore endothermic.
  • thermochemical heat accumulator When the thermochemical heat accumulator is discharged, it is necessary to add water or water vapor (reaction vapor) to it again. According to the invention, this is done by the steam from the bypass line, which is fed directly to the thermochemical heat store.
  • An advantage of the present invention is that the steam after the stage of the low-pressure turbine part has an advantageous and suitable temperature and an advantageous and suitable pressure.
  • the temperature level and the pressure level of the steam supplied to the thermochemical heat store are suitable for converting the strontium bromide anhydrate back into strontium bromide monohydrate.
  • the strontium bromide anhydrate absorbs the water or water vapor and releases thermal energy.
  • the strontium bro mid / water reaction system and the pressure level of the water vapor within the bypass line advantageously fit together.
  • Steam cycle can be released or made available again at a later time.
  • heat or thermal energy is released, which in turn can be used to heat or generate steam within the steam cycle.
  • the steam cycle also comprises a heat source and a heat sink for the thermochemical heat store.
  • the reaction system typically has a reaction temperature in the range from 150 degrees Celsius to 170 degrees Celsius at a pressure of about 100 millibars.
  • This temperature level and pressure level corresponds approximately exactly to the pressure level and temperature level of the steam within the bypass line, in particular directly after one of the first stages of the low-pressure turbine section. In other words, it works Reaction system with strontium bromide with the steam which is present after one of the first stages of the low-pressure turbine part synergistically together.
  • the steam circuit further has a high-pressure part turbine and a medium-pressure part turbine, the high-pressure part turbine, the medium-pressure part turbine and the low-pressure part turbine being connected to one another by means of the steam circuit.
  • the high-pressure turbine section, the medium-pressure turbine section and the low-pressure turbine section can form an overall turbine of the steam circuit.
  • thermochemical heat accumulator for at least partially providing the thermal energy required for loading the thermochemical heat accumulator with an input and / or output of the high-pressure turbine part is thermally coupled.
  • thermo-chemical heat storage before and / or after the high-pressure turbine.
  • This steam can be referred to as the loading steam
  • the loading steam can be supplied directly or indirectly to the thermo-chemical heat accumulator.
  • the thermal coupling between the thermochemical heat accumulator and the high-pressure turbine part can take place directly or indirectly. If the thermal coupling takes place directly, the loading steam is introduced directly into the reaction system of the thermochemical heat accumulator.
  • indirect thermal coupling only the thermal energy or heat of the loading steam is at least partially transferred to the reaction system of the thermochemical heat store. Such a transfer can take place by means of a plate heat exchanger.
  • the Steam before or after the high-pressure turbine part of a sufficient temperature level and pressure level to at least partially expel the water from the strontium bromide monohydrate, that is, to dry the strontium bromide present as a monohydrate at least partially.
  • the steam circuit has at least a first, a second and a third low-pressure preheater, the low-pressure preheaters being connected in series, the bypass line extending from the stage of the low-pressure turbine to the third low-pressure preheater.
  • the low pressure preheaters are connected in series according to their numerical designation.
  • the steam flows through the first low-pressure preheater first, then the second low-pressure preheater and then the third low-pressure preheater.
  • the steam is fed to the thermochemical heat store after the stage of the low-pressure turbine section and before the low-pressure preheaters.
  • the steam circuit has at least one high-pressure preheater, the thermochemical heat accumulator being thermally coupled to the high-pressure preheater for its at least partial discharge.
  • the thermochemical heat store provides thermal energy or heat at an advantageous pressure level and an advantageous temperature level when it is discharged, so that it can be effectively returned to the steam circuit by means of the high-pressure preheater.
  • the thermochemical heat store is discharged, more steam or water vapor is supplied to it than is required for the reaction of the reaction system, that is to say for the irrigation of the strontium bromide.
  • the excess steam is generated by the at exothermic reaction of the reaction system released heat or thermal energy overheated or heated and in turn fed to the high pressure preheater.
  • the device comprises a control device, the control device being designed at least to control the supply of the steam to the thermochemical heat store.
  • the control device is particularly preferably designed to control the loading and unloading of the thermochemical heat store.
  • a control of the named elements can also include a control.
  • the control device of an energy management is particularly preferably connected here.
  • thermochemical heat store This advantageously allows intelligent control or regulation of the steam cycle and the storage of the steam by means of the thermochemical heat store.
  • the energy management or the connection of the control device to the energy management can be carried out using a data cloud, in particular using MindSphere from Siemens AG.
  • the steam power plant according to the invention is characterized in that it comprises a device according to the present invention and / or one of its configurations.
  • this enables more flexible operation or flexibilization of the steam power plant.
  • FIG. 1 shows a device according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an equilibrium curve of the reaction system
  • FIG. 1 shows the device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the device 1 comprises a high-pressure part turbine 2, a medium-pressure part turbine 3 and a low-pressure part turbine 4.
  • the high-pressure part turbine 2, the medium-pressure part turbine 3 and the low-pressure part turbine 4 form an overall turbine of the device 1 and are arranged on a common axis.
  • the device 1 comprises a condenser 6, a first low pressure preheater 81, a second low pressure preheater 82 and a third low pressure preheater 83.
  • the device 1 comprises a feed water tank 8 and a boiler 10 for generating water vapor from water.
  • the device 1 comprises a first high-pressure preheater 91 and a second high-pressure preheater 92.
  • the device 1 comprises a thermochemical heat accumulator 42.
  • the thermochemical heat accumulator 42 particularly preferably has strontium bromide / water as the reaction system according to this exemplary embodiment of the invention.
  • thermochemical heat accumulator 42 When the thermochemical heat accumulator 42 is loaded, the strontium bromide, which is present as a monohydrate, is dried. When the thermochemical heat store 42 is discharged, the anhydrate of the strontium bromide present after the drying is again mixed with water or water vapor, so that the monohydrate of the strontium bromide is formed again.
  • thermochemical heat accumulator 42 To load the thermochemical heat accumulator 42, thermal energy / heat is required.
  • the required heat can be supplied to the thermochemical heat accumulator 42 by means of a steam line 44 (feed line for loading), preferably from an outlet of the high-pressure turbine 2, in particular directly after the high-pressure part turbine 2.
  • the thermochemical heat accumulator 42 is preferably coupled to the outlet of the high-pressure turbine section 2 via the steam line 44.
  • the steam can be in direct or indirect thermal contact with the reaction system of the thermochemical heat accumulator 42 by means of the steam line 44.
  • a direct or indirect at least partial transfer of the thermal energy / heat to the reaction system of the thermochemical heat accumulator 42 is possible.
  • thermochemical heat accumulator 42 Since water or steam is expelled when the thermochemical heat accumulator 42 is loaded (using thermal energy / heat), what is required again or water vapor when the thermochemical heat accumulator 42 is discharged.
  • the steam expelled when loading the thermochemical heat accumulator 42 can in turn be supplied to the steam circuit 100.
  • the supply line 40 for the reaction steam is provided to discharge the thermochemical heat accumulator 42.
  • the feed line 40 branches off from a bypass line 24.
  • the bypass line 24 extends from a stage of the low-pressure turbine section 4 to the third low-pressure preheater 83. In other words, the reaction steam is removed from the bypass line 24 and fed directly to the thermochemical heat accumulator 42.
  • the reaction steam is introduced directly into the reaction system of the thermochemical heat accumulator 42 and water or water vapor is thus fed back to the strontium bromide.
  • the heat provided can in turn be returned to the steam circuit 100 by means of a further steam line 46.
  • the feedback can again take place directly or indirectly with respect to the steam of the steam circuit 100.
  • the further steam line 46 extends from the thermochemical heat accumulator 42 to the first high-pressure preheater 91.
  • a steam power plant which comprises the steam circuit 100, can be flexibly controlled or regulated with regard to its provided power. If less power is requested from the steam power plant, thermal energy of the steam can be stored by means of the thermochemical heat accumulator 42 and the power of the steam power plant can thus be reduced. If a higher output is required again, the thermal energy can be supplied to the steam circuit 100 of the steam power plant again.
  • the strontium bromide / water reaction system used in this exemplary embodiment is advantageous because it requires a pressure level and temperature level for its reaction which essentially corresponds to the pressure level and temperature level of the steam within the bypass line 24.
  • the reaction system is also advantageous because it is based on water and the reaction steam can thus be introduced directly into the storage material or reaction system of the thermochemical heat store 42. In summary, this advantageously enables an improved flexibilization of the steam circuit 100.
  • FIG. 2 shows the equilibrium curve of the strontium bromide / water reaction system provided according to the invention.
  • the temperature in degrees Celsius is plotted on the abscissa 100 of the diagram shown.
  • the pressure in bar is plotted on the ordinate 102 of the diagram shown.
  • the reaction system of strontium bromide / water provided according to the invention has a pressure level comparable to the pressure of the vapor after one of the first stages of the low-pressure turbine section 4, in particular after the first stage of the low-pressure turbine section 4 on. Therefore, the reaction system of strontium bromide / water and the steam present after the low-pressure turbine section 4 act synergistically, so that a particularly advantageous and effective coupling can take place via the feed line 40.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) vorgeschlagen, die einen Dampfkreislauf (100) mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine (4) und einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher (42) umfasst, wobei der Dampfkreislauf (100) eine Bypassleitung (24) aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt. Erfindungsgemäß ist der Dampfkreislauf (100) derart ausgestaltet, dass Dampf aus der Bypassleitung (24) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) zuführbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkreislaufes (100), insbesondere eines Dampfkraftwerkes.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Speicherung von Dampf
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruches 10.
In den letzten Jahren steigt der Anteil an erneuerbaren Ener gien stetig an. Hierbei besteht aufgrund der variierenden An- gebotscharakteristik von erneuerbaren Energien eine wesentli che Herausforderung darin, diese in bereits bestehende Ener gienetze, insbesondere Stromnetze, einzubinden. Das ist des halb der Fall, da typischerweise für erneuerbare erzeugte Energieformen deren Erzeugung nicht mit einer aktuellen Nach frage übereinstimmt. Weiterhin sind erneuerbare Energien ört lich ungleichmäßig verteilt. Aktuell wird versucht die ge nannten Herausforderungen durch einen Ausbau bestehender Energienetze oder Stromnetze zu überwinden.
Insgesamt ergibt sich hieraus ein Regelleistungsmarkt, der Anbieter, die kurzzeitig negative oder positive Regelleistun gen bereitstellen können, fördert. Bereits bestehende Kraft werke, insbesondere Dampfkraftwerke, können aufgrund mangeln der Flexibilität nur schwer an einem solchen Markt partizi pieren. Insbesondere ist hierbei der Dampfkreislauf des
Dampfkraftwerkes problematisch, da dieser zeitlich träge ist.
Eine Flexibilisierung des Dampfkreislaufes kann mittels eines DampfSpeichers erfolgen. Hierbei wird der erzeugte Dampf mit tels des DampfSpeichers zwischengespeichert. Erfolgt eine Leistungsanforderung an das Dampfkraftwerk, so wird der Dampf mittels des DampfSpeichers bereitgestellt und zur Turbine des Dampfkraftwerkes zur Erzeugung elektrischen Stromes geführt. Mit anderen Worten kann mittels des DampfSpeichers überschüs siger Strom in Bedarfszeiträume verschoben werden. Dadurch kann ein Beitrag zur Netzstabilität geleistet werden. Ein Nachteil bekannter DampfSpeicher ist, dass diese weiter hin zu träge sind, um eine ausreichende Flexibilisierung von Dampfkraftwerken zu ermöglichen. Das ist deshalb der Fall, da die Flexibilität der Verdampfung, typischerweise von Wasser, durch die großen verwendeten Massen beschränkt ist. Dadurch kann auf kurzfristige Schwankungen in der Stromproduktion nur schwer reagiert werden.
Um ebenfalls DampfSpeicher flexibler zu gestalten, können diese mit einem verkapselten Phasenwechselmaterial versehen werden. Eine solche Verkapselung ist beispielsweise aus der Patentanmeldung EP 3116797 Al bekannt.
Aus dem Stand der Technik sind weitere DampfSpeicher bekannt, beispielsweise Warmwasser- beziehungsweise Druckwasserspei cher oder P2H-Lösungen (englisch: Power to Heat; abgekürzt P2H; deutsch: Elektroenergie zu Wärme) sowie Ruthsspeicher, Flüssigsalzspeicher und/oder Batterien.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine flexiblere Speicherung von Dampf zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestal tungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Dampfkreislauf mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine und einen in den Dampfkreislauf eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher, wobei der Dampfkreislauf eine Bypassleitung aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer erstreckt. Erfindungsgemäß ist der Dampfkreislauf derart ausgestaltet, dass Dampf aus der By passleitung dem thermochemischen Wärmespeicher zuführbar, insbesondere direkt zuführbar, ist. Insbesondere erstreckt sich die Bypassleitung von einer der ersten Stufen, beispielsweise von der ersten, zweiten, drit ten, vierten oder fünften Stufe, der Niederdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer. Weiterhin kann sich die Bypassleitung bevorzugt von der ersten Stufe der Nieder druckteilturbine zu dem wenigstens einen Niederdruckvorwärmer erstrecken .
Mittels des thermochemischen Wärmespeichers wird insbesondere wenigstens ein Teil der thermischen Energie des Dampfes ge speichert. Eine direkte Speicherung des Dampfes ist nicht er forderlich, kann jedoch vorgesehen sein.
Eine Anordnung eines weiteren Elementes des Dampfkreislaufes vor oder nach einem Element des Dampfkreislaufes bezieht sich auf die Strömungsrichtung beziehungsweise Kreislaufrichtung des Dampfkreislaufes . Mit anderen Worten beziehen sich die relativen Anordnungen - vor oder nach - auf den Dampfkreis lauf .
Insbesondere ist ein weiteres Element vor einem Element ange ordnet, falls die Strömungsrichtung des Dampfes innerhalb des Dampfkreislaufes effektiv von dem weiteren Element zum Ele ment gerichtet ist. Insbesondere ist ein weiteres Element nach einem Element angeordnet, falls die Strömungsrichtung des Dampfes innerhalb des Dampfkreislaufes effektiv von dem Element zum weiteren Element gerichtet ist. Mit anderen Wor ten können die beiden Elementen durch einen aufsummierten ef fektiven Strömungsvektor gedanklich miteinander verbunden werden, wobei dieser effektive Strömungsvektor vom Element zum weiteren Element (weiteres Element nach dem Element ange ordnet) oder vom weiteren Element zum Element (weiteres Ele ment vor dem Element angeordnet) gerichtet ist. Der aufsum mierte effektive Strömungsvektor kennzeichnet somit die Net toströmungsrichtung vom Element zum weiteren Element oder vom weiteren Element zum Element. Ein weiteres Element ist direkt vor oder direkt nach einem Element angeordnet, falls zwischen den Elementen kein weiteres Element, welches mit dem Dampf des Dampfkreislaufes wesentlich wechselwirkt, angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der thermochemische Wärmespeicher in den Dampfkreislauf eingebunden. Mit anderen Worten wird ein thermochemischer Wärmespeicher zur wenigstens teilweisen Speicherung des Dampfes und/oder zur wenigstens teilweisen Speicherung der thermischen Energie des Dampfes verwendet. Hierbei ist der thermochemische Wärmespeicher in den Dampfkreislauf der Vorrichtung integriert.
Typischerweise wird ein thermochemischer Wärmespeicher mit tels einer endothermen chemischen Reaktion beladen und mit tels einer exothermen chemischen Reaktion entladen. Hierzu weist der thermochemische Wärmespeicher ein Reaktionssystem auf. Die Reaktionstemperaturen für die Beladung und Entladung können hierbei mittels des Druckes eingestellt werden. Reak tionsdruck und Reaktionstemperatur hängen über das Reaktions gleichgewicht zusammen (Van- ' t-Hoff-Gleichung) .
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der thermochemische Wärmespeicher mittels Dampf aus der Bypassleitung entladen. Das ist deshalb der Fall, da für viele bekannte Reaktionssys tem Wasser für die Entladung zugeführt werden muss. Mit ande ren Worten ist die vorliegende Erfindung besonders für was serbasierte Reaktionssystem von Vorteil. Wasserbasierte Reak tionssysteme zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass bei der Beladung Wasser frei wird. Mit anderen Worten wird bei der Beladung ein Speichermedium des thermochemischen Wär mespeichers, das Bestandteil des Reaktionssystems ist, ge trocknet. Bei der Entladung muss dieses Wasser beziehungswei se Wasserdampf wieder zugeführt werden. Dieser zugeführte Wasserdampf kann als Reaktionsdampf bezeichnet werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu Dampf aus der Bypassleitung vorge sehen, der vorteilhafterweise für wasserbasierte Reaktions systeme ein vorteilhaftes Druckniveau und Temperaturniveau aufweist. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von Reaktionssystemen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher beispielsweise eine vorteilhafte Integration eines thermochemischen Wärmespeichers in den Dampfkreislauf eines Dampfkraftwerkes.
Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Vorrich tung ein flexibler Dampfkreislauf bereitgestellt. Hierbei kann die Vorrichtung bezüglich der Menge des Dampfes und so mit bezüglich der Menge an erzeugten Strom flexibel betrieben werden .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Dampf kreislaufes mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine, ei nen in den Dampfkreislauf eingebundenen thermochemischen Wär mespeicher und einer Bypassleitung wird Dampf aus der Bypass leitung dem thermochemischen Wärmespeichers zugeführt. Hier bei erstreckt sich die Bypassleitung von einer Stufe der Nie derdruckteilturbine zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer des Dampfkreislaufes .
Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleicharti ge und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfah rens .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der thermochemische Wärmespeicher Strontiumbromid/Wasser als ReaktionsSystem.
Dadurch ist das Reaktionssystem vorteilhafterweise wasserba siert. Weiterhin weist dieses Reaktionssystem eine vorteil hafte Reaktionstemperatur und einen vorteilhaften Reaktions druck auf.
Beim Beladen des thermochemischen Wärmespeichers wird das als Monohydrat vorliegende Strontiumbromid mittels Wärme aus dem Dampfkreislauf getrocknet. Dadurch geht das Strontiumbromid- Monohydrat in Strontiumbromid-Anhydrat über, wobei Wasser be ziehungsweise Wasserdampf frei wird. Die Reaktion zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers ist somit endotherm. Bei der Entladung des thermochemischen Wärmespeichers ist es er forderlich diesem wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf (Reaktionsdampf) zuzuführen. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch den Dampf aus der Bypassleitung, der dem thermochemi schen Wärmespeichers direkt zugeführt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Dampf nach der Stufe der Niederdruckteilturbine eine vorteilhafte und geeignete Temperatur sowie einen vorteilhaften und geeig neten Druck aufweist. Mit anderen Worten ist das Tempera turniveau und das Druckniveau des dem thermochemischen Wärme speichers zugeführten Dampfes geeignet, das Strontiumbromid- Anhydrat wieder in Strontiumbromid-Monohydrat zu überführen. Hierbei nimmt das Strontiumbromid-Anhydrat das Wasser bezie hungsweise den Wasserdampf auf und gibt thermisch Energie ab. Mit anderen Worten passen das Reaktionssystem Strontiumbro mid/Wasser und das Druckniveau des Wasserdampfes innerhalb der Bypassleitung vorteilhaft zusammen. Mittels des vorteil haften Reaktionssystems kann somit thermische Energie gespei chert werden, die bei einer Leistungsanforderung an den
Dampfkreislauf zu einem späteren Zeitpunkt wieder freigegeben beziehungsweise bereitgestellt werden kann. Bei der exother men Reaktion des Reaktionssystems, das heißt bei dem Übergang von Strontiumbromid-Anhydrat zu Strontiumbromid-Monohydrat wird Wärme beziehungsweise thermische Energie frei, die wie derum dazu verwendet werden kann, Dampf innerhalb des Dampf kreislaufes zu erwärmen oder zu erzeugen. Mit anderen Worten umfasst der Dampfkreislauf ebenfalls eine Wärmequelle und ei ne Wärmesenke für den thermochemischen Wärmespeicher.
Hierbei weist das Reaktionssystem typischerweise eine Reakti onstemperatur im Bereich von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius bei einem Druck von etwa 100 Millibar auf. Dieses Temperaturniveau und Druckniveau entspricht in etwa genau dem Druckniveau und Temperaturniveau des Dampfes innerhalb der Bypassleitung, insbesondere direkt nach einer der ersten Stu fen der Niederdruckteilturbine . Mit anderen Worten wirkt das Reaktionssystem mit Strontiumbromid mit dem Dampf der nach einer der ersten Stufen der Niederdruckteilturbine vorliegt synergetisch zusammen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Dampfkreislauf weiterhin eine Hochdruckteilturbine und eine Mitteldruckteilturbine auf, wobei die Hochdruckteilturbine, die Mitteldruckteilturbine und die Niederdruckteilturbine mittels des Dampfkreislaufes miteinander verbunden sind.
Vorteilhafterweise wird dadurch die energetische Effizienz des Dampfkreislaufes erhöht. Weiterhin können die Hochdruck teilturbine, die Mitteldruckteilturbine und die Niederdruck teilturbine eine Gesamtturbine des Dampfkreislaufes ausbil den .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der thermochemische Wärmespeicher zur wenigstens teilweisen Be reitstellung der zum Beladen des thermochemischen Wärmespei chers erforderlichen thermischen Energie mit einem Eingang und/oder Ausgang der Hochdruckteilturbine thermisch gekop pelt.
Mit anderen Worten wird zum Beladen des thermochemischen Wär mespeichers Dampf vor und/oder nach der Hochdruckteilturbine verwendet. Dieser Dampf kann als Beladedampf bezeichnet wer den, wobei der Beladedampf direkt oder indirekt dem thermo chemischen Wärmespeicher zugeführt werden kann. Mit anderen Worten kann die thermische Kopplung zwischen dem thermochemi schen Wärmespeicher und der Hochdruckteilturbine direkt oder indirekt erfolgen. Erfolgt die thermische Kopplung direkt, so wird der Beladedampf direkt in das Reaktionssystem des ther mochemischen Wärmespeichers eingeleitet. Bei einer indirekten thermischen Kopplung wird lediglich die thermische Energie beziehungsweise Wärme des Beladedampfes wenigstens teilweise auf das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers übertragen. Eine solche Übertragung kann mittels eines Plat tenwärmeübertragers erfolgen. Vorteilhafterweise weist der Dampf vor oder nach der Hochdruckteilturbine ein ausreichen des Temperaturniveau und Druckniveau auf, um das Wasser we nigstens teilweise aus dem Strontiumbromid-Monohydrat auszu treiben, das heißt das als Monohydrat vorliegende Strontium bromid wenigstens teilweise zu trocknen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Dampfkreislauf wenigstens einen ersten, einen zweiten und dritten Niederdruckvorwärmer auf, wobei die Niederdruckvor wärmer in Reihe geschalten sind, wobei sich die Bypassleitung von der Stufe der Niederdruckturbine zum dritten Niederdruck vorwärmer erstreckt.
Hierbei sind die Niederdruckvorwärmer gemäß ihrer nummeri schen Bezeichnung in Reihe geschalten. Mit anderen Worten wird der erste Niederdruckvorwärmer zuerst vom Dampf durch strömt, dann der zweite Niederdruckvorwärmer und dann der dritte Niederdruckvorwärmer. Vorteilhafterweise wird der Dampf nach der Stufe der Niederdruckteilturbine und vor den Niederdruckvorwärmern dem thermochemischen Wärmespeicher zu geführt .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Dampfkreislauf wenigstens einen Hochdruckvorwärmer auf, wobei der thermochemische Wärmespeicher zu seiner wenigstens teilweisen Entladung thermisch mit dem Hochdruckvorwärmer ge koppelt ist.
Vorteilhafterweise stellt der thermochemische Wärmespeicher bei seiner Entladung thermische Energie beziehungsweise Wärme mit einem vorteilhaften Druckniveau und einem vorteilhaften Temperaturniveau bereit, sodass diese effektiv mittels des Hochdruckvorwärmers dem Dampfkreislauf wieder zugeführt wer den kann. Typischerweise wird beim Entladen des thermochemi schen Wärmespeichers diesem mehr Dampf beziehungsweise Was serdampf zugeführt als für die Reaktion des Reaktionssystems, das heißt für die Bewässerung des Strontiumbromids erforder lich ist. Der überschüssige Dampf wird durch die bei der exothermen Reaktion des Reaktionssystems freiwerdende Wärme beziehungsweise thermische Energie überhitzt beziehungsweise erwärmt und wiederum dem Hochdruckvorwärmer zugeführt.
Dadurch geht vorteilhafterweise kein Wasserdampf verloren, da dieses wieder dem Dampfkreislauf zugeführt wird. Mit anderen Worten ist der Dampfkreislauf in Verbindung mit dem thermo chemischen Wärmespeicher bezüglich des Dampfes abgeschlossen. Dadurch wird vorteilhafterweise der Wirkungsgrad des Dampf kreislaufes beziehungsweise der Vorrichtung nicht negativ be einflusst .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervor richtung wenigstens dazu ausgebildet ist, die Zufuhr des Dampfes zum thermochemischen Wärmespeicher zu steuern.
Besonders bevorzugt ist die Steuervorrichtung dazu ausgebil det, die Beladung und Entladung des thermochemischen Wärme speichers zu steuern. Hierbei kann eine Steuerung der genann ten Elemente ebenfalls eine Regelung umfassen.
Besonders bevorzugt ist hierbei die Steuervorrichtung eines Energiemanagements angebunden.
Vorteilhafterweise kann dadurch eine intelligente Steuerung oder Regelung des Dampfkreislaufes und der Speicherung des Dampfes mittels des thermochemischen Wärmespeichers erfolgen. Hierbei kann das Energiemanagement beziehungsweise die Anbin dung der Steuervorrichtung an das Energiemanagement mittels einer Datenwolke, insbesondere mittels MindSphere der Siemens AG, erfolgen.
Das erfindungsgemäße Dampfkraftwerk ist dadurch gekennzeich net, dass es eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin dung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen umfasst. Vorteilhafterweise ist dadurch ein flexiblerer Betrieb bezie hungsweise eine Flexibilisierung des Dampfkraftwerkes mög lich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schemati siert :
Figur 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2 eine Gleichgewichtskurve des Reaktionssystems
Strontiumbromid/Wasser .
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in einer der Figuren oder in den Figuren mit demselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figur 1 zeigt die Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausge staltung der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Hochdruckteilturbine 2, eine Mitteldruckteilturbine 3 und eine Niederdruckteilturbine 4. Die Hochdruckteilturbine 2, die Mitteldruckteilturbine 3 und die Niederdruckteilturbine 4 bilden eine Gesamtturbine der Vorrichtung 1 aus und sind auf einer gemeinsamen Achse ange ordnet. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen Kondensator 6, einen ersten Niederdruckvorwärmer 81, einen zweiten Nie derdruckvorwärmer 82 und einen dritten Niederdruckvorwärmer 83. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen Speisewasserbehäl ter 8 und eine Kessel 10 zur Erzeugung von Wasserdampf aus Wasser. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen ersten Hochdruckvorwärmer 91 sowie einen zweiten Hochdruckvorwärmer 92. Die genannten Elemente der Vorrichtung 1 sind mittels ei nes Dampfkreislaufes 100 verbunden. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung 1 einen thermochemi schen Wärmespeicher 42. Hierbei weist der thermochemische Wärmespeicher 42 besonders bevorzugt gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung Strontiumbromid/Wasser als Reak tionssystem auf.
Bei einer Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 wird das Strontiumbromid, welches als Monohydrat vorliegt, getrocknet. Bei einer Entladung des thermochemischen Wärme speichers 42 wird das nach der Trocknung vorliegende Anhydrat des Strontiumbromids wieder mit Wasser beziehungsweise Was serdampf versetzt, sodass sich wieder das Monohydrat des Strontiumbromids ausbildet.
Zur Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ist ther mische Energie/Wärme erforderlich. Die erforderliche Wärme kann mittels einer Dampfleitung 44 (Zuleitung für Beladung) dem thermochemischen Wärmespeicher 42, bevorzugt aus einem Ausgang der Hochdruckturbine 2, insbesondere direkt nach der Hochdruckteilturbine 2, zugeführt werden. Mit anderen Worten ist der thermochemische Wärmespeicher 42 bevorzugt mit dem Ausgang der Hochdruckteilturbine 2 über die Dampfleitung 44 gekoppelt. Hierbei kann der Dampf mittels der Dampfleitung 44 im direkten oder indirekten thermischen Kontakt mit dem Reak tionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 sein. Mit anderen Worten ist eine direkte oder indirekte wenigstens teilweise Übertragung der thermischen Energie/Wärme auf das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 mög lich.
Da bei der Beladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 Wasser beziehungsweise Wasserdampf ausgetrieben wird (unter einem Einsatz von thermischer Energie/Wärme) , ist bei der Entladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 wieder Was ser beziehungsweise Wasserdampf erforderlich. Der bei der Be ladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ausgetriebene Wasserdampf kann wiederum dem Dampfkreislauf 100 zugeführt werden . Zur Entladung des thermochemischen Wärmespeichers 42 ist die Zuleitung 40 für den Reaktionsdampf vorgesehen. Die Zuleitung 40 zweigt von einer Bypassleitung 24 ab. Die Bypassleitung 24 erstreckt sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine 4 zum dritten Niederdruckvorwärmer 83. Mit anderen Worten wird der Reaktionsdampf aus der Bypassleitung 24 entnommen und dem thermochemischen Wärmespeicher 42 direkt zugeführt. Hierbei wird der Reaktionsdampf direkt in das Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 eingeleitet und somit dem Strontiumbromid wieder Wasser beziehungsweise Wasserdampf zu geführt. Dadurch erfolgt eine exotherme Reaktion des Stronti umbromids, sodass Wärme beziehungsweise thermische Energie bereitgestellt werden kann. Die bereitgestellte Wärme kann wiederum mittels einer weiteren Dampfleitung 46 in den Dampf kreislauf 100 rückgeführt werden. Hierbei kann die Rückfüh rung wieder direkt oder indirekt bezüglich des Dampfes des Dampfkreislaufes 100 erfolgen. Die weitere Dampfleitung 46 erstreckt sich hierbei vom thermochemischen Wärmespeicher 42 zum ersten Hochdruckvorwärmer 91. Dadurch kann vorteilhafter weise die bei der Beladung gespeicherte thermische Energie des Dampfes wieder auf den Dampf des Dampfkreislaufes 100 übertragen werden, wodurch die Leistung der Vorrichtung 1 be ziehungsweise des Dampfkreislaufes 100 erhöht werden kann.
Zusammenfassend wird dadurch vorteilhafterweise eine Flexibi lisierung des Dampfkreislaufes 100 ermöglicht. Dadurch kann ein Dampfkraftwerk, welches den Dampfkreislauf 100 umfasst, flexibel bezüglich seiner bereitgestellten Leistung gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Wird von dem Dampfkraftwerk weniger Leistung angefordert, so kann thermische Energie des Dampfes mittels des thermochemischen Wärmespeichers 42 ge speichert werden und somit die Leistung des Dampfkraftwerkes reduziert werden. Wird wieder eine höhere Leistung angefor dert, so kann die thermische Energie dem Dampfkreislauf 100 des Dampfkraftwerkes wieder zugeführt werden. Das in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Reaktionssystem von Strontiumbromid/Wasser ist deshalb von Vorteil, da dieses für seine Reaktion ein Druckniveau und Temperaturniveau er fordert, das im Wesentlichen dem Druckniveau und Tempera turniveau des Dampfes innerhalb der Bypassleitung 24 ent spricht. Weiterhin ist das Reaktionssystem von Vorteil, da dieses auf Wasser basiert und somit der Reaktionsdampf direkt in das Speichermaterial beziehungsweise Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespeichers 42 eingeleitet werden kann. Zusammenfassend wird dadurch vorteilhafterweise eine verbes serte Flexibilisierung des Dampfkreislaufes 100 ermöglicht.
In Figur 2 ist die Gleichgewichtskurve des erfindungsgemäß vorgesehenen Reaktionssystems Strontiumbromid/Wasser darge stellt .
Hierbei ist an der Abszisse 100 des dargestellten Diagramms die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen. An der Ordinate 102 des dargestellten Diagramms ist der Druck in Bar aufge tragen. Insbesondere im Bereich von 150 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius weist das erfindungsgemäß vorgesehene Reaktions system von Strontiumbromid/Wasser ein mit dem Druck des Damp fes nach einer der ersten Stufen der Niederdruckteilturbine 4, insbesondere nach der ersten Stufe der Niederdruckteiltur- bine 4, vergleichbares Druckniveau auf. Daher wirken das Re aktionssystem von Strontiumbromid/Wasser und der nach der Niederdruckteilturbine 4 vorliegende Dampf synergetisch zu sammen, sodass eine besonders vorteilhafte und effektive Kopplung über die Zuleitung 40 erfolgen kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Hochdruckteilturbine
3 Mitteldruckteilturbine
4 Niederdruckteilturbine
6 Kondensator
8 Speisewasserbehälter
10 Kessel
24 Bypassleitung
40 Zuleitung - Reaktionsdampf 42 Thermochemischer Wärmespeicher 44 Dampfleitung
46 weitere Dampfleitung
81 erster Niederdruckvorwärmer
82 zweiter Niederdruckvorwärmer 83 dritter Niederdruckvorwärmer
91 erster Hochdruckvorwärmer
92 zweiter Hochdruckvorwärmer 100 Dampfkreislauf

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1), umfassend einen Dampfkreislauf (100) mit wenigstens einer Niederdruckteilturbine (4) und einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärme speicher (42), wobei der Dampfkreislauf (100) eine Bypasslei tung (24) aufweist, die sich von einer Stufe der Niederdruck teilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) derart ausgestaltet ist, dass Dampf aus der Bypasslei tung (24) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) zuführbar ist .
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) Strontiumbro mid/Wasser als Reaktionssystem umfasst.
3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) weiterhin eine Hoch druckteilturbine (2) und eine Mitteldruckteilturbine (3) auf weist, wobei die Hochdruckteilturbine (2), die Mitteldruck teilturbine (3) und die Niederdruckteilturbine (4) mittels des Dampfkreislaufes (100) miteinander verbunden sind.
4. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) zur wenigstens teilweisen Bereitstellung der zum Beladen des thermochemi schen Wärmespeichers (42) erforderlichen thermischen Energie mit einem Eingang und/oder Ausgang der Hochdruckteilturbine (2) thermisch gekoppelt ist.
5. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) wenigs tens einen ersten, einen zweiten und dritten Niederdruckvor wärmer (81, 82, 83) aufweist, wobei die Niederdruckvorwärmer
(81, 82, 83) in Reihe geschalten sind, wobei sich die Bypass leitung (24) von der Stufe der Niederdruckturbine (4) zum dritten Niederdruckvorwärmer (83) erstreckt.
6. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfkreislauf (100) wenigs tens einen Hochdruckvorwärmer (91) aufweist, wobei der ther mochemische Wärmespeicher (42) zu seiner wenigstens teilwei sen Entladung (42) thermisch mit dem Hochdruckvorwärmer (91) gekoppelt ist.
7. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuer vorrichtung umfasst, wobei die Steuervorrichtung wenigstens dazu ausgebildet ist, die Zufuhr des Dampfes zum thermochemi schen Wärmespeicher (42) zu steuern.
8. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung an ein Energiemanagementsystem an gebunden ist.
9. Dampfkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampf kraftwerk eine Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
10. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkreislaufes (100), wobei der Dampfkreislauf (100) wenigstens eine Niederdruckteiltur- bine (4), einen in den Dampfkreislauf (100) eingebundenen thermochemischen Wärmespeicher (42) und eine Bypassleitung (24), die sich von einer Stufe der Niederdruckteilturbine (4) zu wenigstens einem Niederdruckvorwärmer (83) des Dampfkreis laufes (100) erstreckt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf aus der Bypassleitung (24) dem thermochemischen Wärmespeichers (42) zugeführt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der thermochemische Wärmespeicher (42) Strontiumbromid/Wasser als Reaktionssystem umfasst, und der Dampf aus der Bypasslei tung (24) dem Reaktionssystem des thermochemischen Wärmespei chers (42) direkt zugeführt wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, dass zum Beladen des thermochemischen Wärmespeichers (42) dem thermochemischen Wärmespeicher (42) thermische Ener gie von einem Eingang und/oder Ausgang einer Hochdruckteil- turbine (2) zugeführt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Entladen des thermochemischen Wärmespeichers (42) erzeugte thermische Energie wenigstens teilweise einem Hochdruckvorwärmer (91) des Dampfkreislaufes (100) zugeführt wird.
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