CH696979A5 - Power unit with gas turbine and compressed air store has stored fluid heat supply unit upstream from the pressure release device - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. The present invention relates to a power plant according to the preamble of claim 1 and a method for its operation.
Stand der Technik State of the art
Luftspeicherkraftwerke sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Beim Betrieb von Luftspeicherkraftwerken wird Luft im Allgemeinen über mehrere Kompressorstufen mit Zwischenkühlung verdichtet und entfeuchtet, und die Druckluft wird in einem geeigneten Speicher, beispielsweise in einer unterirdischen Kaverne, zwischengespeichert. Die gespeicherte Druckluft kann im Bedarfsfalle aus dem Speicher entnommen und unter der Abgabe von Wellenleistung in einer Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine entspannt werden. Zur besseren Ausnutzung des gespeicherten Volumens ist es weiterhin eine übliche Massnahme, die Luft vorgängig der Entspannung und/oder während der Entspannung zu erwärmen, was meist indirekt mittels Wärmeübertragern erfolgt. Damit kann eine Rauchgasbeaufschlagung der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine vermieden werden, und die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine kann einfacher und billiger gebaut werden; eine interne Feuerung ist aber selbstverständlich durchaus im Bereich des Möglichen. Air storage power plants are well known in the art. In the operation of air storage power plants, air is generally compressed and dehumidified through multiple compressor stages with intercooling, and the compressed air is stored in suitable storage, for example in an underground cavern. The stored compressed air can be removed from the memory in case of need and relaxed under the output of shaft power in a pressure storage fluid expansion engine. For better utilization of the stored volume, it is still a common measure to heat the air before the relaxation and / or during relaxation, which is usually done indirectly by means of heat exchangers. Thus, a flue gas loading of the pressure accumulator fluid relaxation engine can be avoided, and the pressure accumulator fluid relaxation engine can be built easier and cheaper; Of course, internal combustion is quite possible.
Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Ausgangstemperatur der Druckluft eignen sich Luftspeicheranlagen mit Heissluftturbinen und Erwärmung durch externe Quellen über Wärmeübertrager ganz besonders zur Nutzung von bei niedrigen Temperaturen anfallender Wärme. Due to the comparatively low starting temperature of the compressed air, air storage systems with hot air turbines and heating by external sources via heat exchangers are particularly suitable for the use of heat generated at low temperatures.
Aus der US 5 537 822 ist eine derartige Anlage bekannt geworden, bei der zur Erwärmung der Speicherluft die Abgaswärme einer Gasturbogruppe herangezogen wird. Hierbei zeigen sich aber die Leistungspotenziale begrenzt, weil die zur Verfügung stehende Abwärme begrenzt ist. Insgesamt tut sich folgende Schere auf: Um die Abgaswärme der Gasturbogruppe möglichst effizient zu nutzen, muss ein bestimmter Massenstrom durch die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine strömen. Damit bestehen aber keine nennenswerten Potenziale mehr, unabhängig von der Leistung der Gasturbogruppe die Leistung der Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine zu erhöhen; eine weitere unabhängige Leistungserhöhung der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine ohne Leistungsveränderung der Gasturbogruppe erfordert einen erhöhten Entnahmemassenstrom aus dem Speicher, verbunden mit einer sinkenden Eintrittstemperatur der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine und damit einer schlechten Ausnutzung des gespeicherten Fluides aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden massenspezifischen Enthalpiegefälles. Such a system has become known from US Pat. No. 5,537,822, in which the exhaust heat of a gas turbine group is used to heat the accumulator air. Here, however, the performance potentials are limited, because the available waste heat is limited. Overall, the following scissors do: In order to use the exhaust gas heat of the gas turbine group as efficiently as possible, a certain mass flow must flow through the pressure accumulator fluid relaxation engine. However, there are no appreciable potentials anymore, regardless of the power of the gas turbine group to increase the performance of the pressure accumulator fluid expansion turbine; a further independent increase in capacity of the pressure accumulator fluid relaxation engine without power change of the gas turbine group requires increased Abnahmemassenstrom from the memory, associated with a decreasing inlet temperature of the pressure accumulator fluid relaxation engine and thus a poor utilization of the stored fluid due to the low available mass-specific Enthalpiegefälles.
Weiterhin ist die Temperatur des Speicherfluides beim Eintritt in die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine durch die Rauchgastemperatur der Gasturbogruppe nach oben begrenzt. Daraus resultiert insbesondere im Teillastbetrieb der Gasturbogruppe eine schlechte Ausnutzung des gespeicherten Fluidinhalts. Zudem kann die Speicheranlage nur dann mit effizienter Speicherausnutzung betrieben werden, wenn die Gasturbogruppe in Betrieb ist. Furthermore, the temperature of the storage fluid when entering the accumulator fluid-pressure relaxation engine is limited by the flue gas temperature of the gas turbine group upwards. This results in poor utilization of the stored fluid content, especially in partial load operation of the gas turbine group. In addition, the storage system can only be operated with efficient storage utilization when the gas turbine group is in operation.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden vermag. The invention aims to remedy this situation. The invention characterized in the claims has for its object to provide a power plant of the type mentioned, which is able to avoid the disadvantages of the prior art.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe unter Verwendung der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by using the entirety of the features of claim 1.
Kern der Erfindung ist es also, stromauf der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine eine Wärmezuführeinrichtung für das Speicherfluid anzuordnen, mittels welchem dem Speicherfluid vorgängig der Entspannung unabhängig von der Rauchgaswärme der Gasturbogruppe Wärme zugeführt werden kann. Damit ist es insbesondere möglich, die Temperatur des Speicherfluides beim Eintritt in die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine unabhängig von der Rauchgastemperatur und damit unabhängig vom Betriebszustand der Gasturbogruppe einzustellen. Bevorzugt ist die Speicherfluid-Wärmezuführeinrichtung stromab des sekundärseitigen Strömungswegs des Wärmeübertragungsapparates angeordnet, also strömungsmässig zwischen dem Wärmeübertragungsapparat, der als Abgaswärmetauscher der Gasturbogruppe wirkt, und der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine. In einer Ausführungsform ist die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine als Turbine ausgeführt. The core of the invention is therefore to arrange a heat supply device for the storage fluid upstream of the pressure storage fluid relaxation engine, by means of which the storage fluid before the relaxation heat can be supplied independently of the flue gas heat of the gas turbine group heat. This makes it possible, in particular, to set the temperature of the storage fluid when entering the pressure storage fluid expansion machine independently of the flue gas temperature and thus independently of the operating state of the gas turbine group. Preferably, the storage fluid heat supply device is arranged downstream of the secondary-side flow path of the heat transfer apparatus, that is to say in terms of flow between the heat transfer apparatus, which acts as exhaust gas heat exchanger of the gas turbine group, and the pressure storage fluid expansion engine. In one embodiment, the accumulator fluid decompression engine is configured as a turbine.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Speicherfluid-Wärmezuführeinrichtung ein Wärmetauscher mit einer externen Feuerung. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine nicht mit Rauchgasen aus der Speicherfluid-Wärmezuführeinrichtung beaufschlagt wird. Dies ermöglicht es, eine Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine zu verwenden, welche an sich keine rauchgasbeständigen Komponenten aufweist; es ist beispielsweise möglich, eine Dampfturbine einer geeigneten Leistungsklasse mit geringsten Modifikationen einzusetzen. Dies hält die Investitionskosten niedrig. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass das in der externen Feuerung bereitgestellte thermische Potential in dem Wärmetauscher nur bis hinunter zur Temperatur des aus dem Wärmeübertragungsapparat zuströmenden Speicherfluids möglich ist. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es daher wünschenswert, die Rauchgaswärme des aus dem Wärmetauscher abströmenden Rauchgases der externen Feuerung weiter auszunutzen. Aus diesem Grunde wird das aus dem Wärmetauscher abströmende Rauchgas bevorzugt an geeigneter Stelle in den primärseitigen Strömungsweg des Abgaswärmetauschers eingeleitet und durchströmt diesen zusammen mit dem Rauchgas der Gasturbogruppe, wobei die Restwärme innerhalb des Wärmeübertragungsapparates auf das Speicherfluid übertragen wird. Das Rauchgas der Zusatzfeuerung wird unmittelbar in den primärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates eingeleitet, oder, was meist einfacher zu realisieren ist, stromauf des Wärmeübertragungsapparates in den Rauchgaspfad der Gasturbogruppe eingeleitet. In einer zweiten Ausführungsform ist die Wärmezuführeinrichtung im Grunde eine in den Speicherfluid-Strömungsweg integrierte Brennkammer, welche im Wesentlichen Mittel zur Zufuhr von Brennstoff zur Speicherfluidströmung und Mittel zur Stabilisierung einer Flamme in der Speicherfluidströmung umfasst. In one embodiment of the invention, the storage fluid heat supply device is a heat exchanger with an external burner. An advantage of this embodiment is that the pressure accumulator fluid relaxation engine is not acted upon by flue gases from the storage fluid heat supply. This makes it possible to use a pressure accumulator fluid relaxation engine which does not have flue gas resistant components per se; For example, it is possible to use a steam turbine of a suitable power class with the least modifications. This keeps the investment costs low. It should be noted, however, that the thermal potential provided in the external furnace is possible in the heat exchanger only down to the temperature of the storage fluid flowing in from the heat transfer apparatus. For reasons of economy, it is therefore desirable to further exploit the flue gas heat of the effluent from the heat exchanger flue gas external firing. For this reason, the flue gas flowing out of the heat exchanger is preferably introduced at a suitable point in the primary-side flow path of the exhaust gas heat exchanger and flows through this together with the flue gas of the gas turbine group, wherein the residual heat is transferred to the storage fluid within the heat transfer apparatus. The flue gas of the additional firing is introduced directly into the primary-side flow path of the heat transfer apparatus, or, which is usually easier to implement, introduced upstream of the heat transfer apparatus in the flue gas path of the gas turbine group. In a second embodiment, the heat delivery device is basically a combustion chamber integrated into the storage fluid flow path, which essentially comprises means for supplying fuel to the storage fluid flow and means for stabilizing a flame in the storage fluid flow.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Kraftwerksanlage eine Nebenschlussleitung für das Speicherfluid, über welche das Speicherfluid vom Druckspeicher unter Umgehung des Abgaswärmetauschers zur Entspannungskraftmaschine geleitet werden kann. Dabei ist ein Stellorgan, beispielsweise ein 3/2-Wege-Ventil, angeordnet, über welches die Strömung wahlweise durch den Abgaswärmetauscher der Gasturbogruppe oder die Nebenschlussleitung leitbar ist. Die Nebenschlussleitung ist mit Vorteil stromauf der Wärmezuführeinrichtung wieder mit dem über den Wärmeübertragungsapparat, Abgaswärmetauscher, führenden Speicherfluid-Strömungsweg zusammengeführt. Diese Anordnung ermöglicht es, beispielsweise bei einem Ausfall der Gasturbogruppe die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine weiter effizient zu betreiben. In an advantageous embodiment, the power plant includes a shunt line for the storage fluid through which the storage fluid from the pressure accumulator can be passed bypassing the exhaust gas heat exchanger to the expansion machine. In this case, an actuator, for example, a 3/2-way valve, arranged, via which the flow is selectively routed through the exhaust gas heat exchanger of the gas turbine group or the bypass line. The bypass line is advantageously brought together upstream of the heat supply device again with the leading through the heat transfer apparatus, exhaust gas heat exchanger, storage fluid flow path. This arrangement makes it possible, for example in case of failure of the gas turbo group, to further efficiently operate the pressure accumulator fluid decompression engine.
In einer vorteilhaften Betriebsweise der erfindungsgemässen Kraftwerksanlage wird auf geeignete Weise, direkt oder indirekt, die Temperatur des Speicherfluides stromab der Wärmezuführeinrichtung bestimmt. Dies kann unmittelbar durch eine Messung der Gastemperatur erfolgen, insbesondere, sofern keine gekühlten Wände in der Umgebung der Temperaturmessstelle angeordnet sind. Bekannt ist es weiterhin aus dem Gasturbinenbau, die Zuströmtemperatur zur Kraftmaschine aus der Fluidtemperatur stromab der Kraftmaschine und dem Druckverhältnis über die Kraftmaschine zu berechnen. Ebenso kann eine Materialtemperatur beispielsweise an einem Zuströmflansch der Kraftmaschine zur indirekten Bestimmung dieser Temperatur herangezogen werden. Die Ausgestaltung dieser Temperaturbestimmung ist dabei nicht erfindungsrelevant. Mit Vorteil wird diese Temperatur geregelt, damit einerseits eine maximale Ausnutzung des gespeicherten Fluids gewährleistet ist, und andererseits eine thermische Überlastung der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine unterbunden wird. Die Regelung erfolgt gemäss einer Ausführungsform der Erfindung durch Eingriffe auf die Brennstoffzufuhr zu der Wärmezuführeinrichtung. Die Regelung kann dabei als kontinuierliche Regelung oder als diskontinuierliche Regelung ausgestaltet sein oder auch als Grenzregelung, welche das Überschreiten eines zulässigen Maximalwertes unterbindet. Wenn die ermittelte Temperatur den Sollwert oder einen oberen Grenzwert überschreitet, wird die Brennstoffzufuhr durch Drosseln eines Brennstoffmengen-Stellorgans vermindert. Wenn die ermittelte Temperatur den Sollwert oder einen unteren Grenzwert unterschreitet, wird die Brennstoffzufuhr durch Öffnen eines Brennstoffmengen-Stellorgans erhöht. Dazu ist ein Temperaturregler angeordnet, der mit der ermittelten zu regelnden Temperatur als Regelgrösse und mit der Stellung eines Brennstoffmengen-Stellorgans der Speicherfluid-Wärmezuführvorrichtung als Stellgrösse beschaltet ist. In an advantageous mode of operation of the power plant according to the invention, the temperature of the storage fluid downstream of the heat supply device is determined in a suitable manner, directly or indirectly. This can be done directly by measuring the gas temperature, in particular, provided that no cooled walls are arranged in the vicinity of the temperature measuring point. It is also known from the gas turbine industry to calculate the inflow temperature to the engine from the fluid temperature downstream of the engine and the pressure ratio via the engine. Likewise, a material temperature can be used, for example, at an inflow flange of the engine for the indirect determination of this temperature. The design of this temperature determination is not relevant to the invention. Advantageously, this temperature is controlled, so on the one hand, a maximum utilization of the stored fluid is ensured, and on the other hand, a thermal overload of the pressure storage fluid expansion engine is prevented. The control is carried out according to an embodiment of the invention by interfering with the fuel supply to the heat supply device. The control can be configured as a continuous control or as a discontinuous control or as a limit control, which prevents the exceeding of a permissible maximum value. If the determined temperature exceeds the setpoint or an upper limit, the fuel supply is reduced by throttling a fuel quantity actuator. If the determined temperature is lower than the target value or a lower limit, the fuel supply is increased by opening a fuel quantity actuator. For this purpose, a temperature controller is arranged, which is connected with the determined temperature to be controlled as a controlled variable and with the position of a fuel quantity actuator of the storage fluid heat supply as a manipulated variable.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Rauchgaspfad stromab des Wärmeübertragungsapparates eine Temperaturmessstelle angeordnet. Die dort gemessene Temperatur wird in einer bevorzugten Betriebsweise als Regelgrösse für einen Temperaturregler herangezogen, welcher durch Eingriffe auf das Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan den Fluidmassenstrom derart verändert, dass die gemessene Rauchgastemperatur auf einem Sollwert oder in einem Sollwertintervall bleibt. Beispielsweise wird die Abgastemperatur so eingeregelt, dass sie um eine Sicherheitsmarge über einer Taupunktstemperatur liegt; dies ermöglicht eine bestmögliche Ausnutzung der Abwärmepotenziale bei gleichzeitiger Sicherheit gegen Taupunktsunterschreitungen des Abgases. Es ist in jedem Falle von Vorteil, die Abgastemperatur stromab des Wärmeübertragungsapparates zu bestimmen und diese in eine Sicherheitslogik der Anlagensteuerung mit einfliessen zu lassen und bei Unterschreiten eines Mindestwertes, der brennstoffabhängig vorgegeben sein kann, entsprechende Sicherheitsmassnahmen auszulösen, damit eine Unterschreitung des Taupunktes von Rauchgaskomponenten vermieden wird. In one embodiment of the invention, a temperature measuring point is arranged in the flue gas path downstream of the heat transfer apparatus. The temperature measured there is used in a preferred mode of operation as a controlled variable for a temperature controller, which changes the fluid mass flow by intervening on the storage fluid mass flow actuator so that the measured flue gas temperature remains at a desired value or in a desired value interval. For example, the exhaust gas temperature is adjusted so that it is a safety margin above a dew point temperature; This enables the best possible utilization of the waste heat potentials while at the same time ensuring safety against dew point falls below the exhaust gas. It is in any case advantageous to determine the exhaust gas temperature downstream of the heat transfer apparatus and to incorporate this in a safety logic of plant control and fall below a minimum value, which may be fuel-dependent predetermined safety measures to trigger, thus avoiding falling below the dew point of flue gas components becomes.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Rauchgaspfad ein Rauchgasreinigungskatalysator angeordnet. Ein derartiger Katalysator weist ein Temperaturfenster auf, in welchem er betrieben werden muss, weil bei höheren Temperaturen Schäden auftreten und bei niedrigeren Temperaturen keine katalytische Reinigungswirkung gewährleistet werden kann. Dieses Temperaturfenster ist vom Katalysator und den verwendeten Materialien abhängig und liegt beispielsweise im Bereich von 250 deg. C bis 300 deg. C oder 350 deg. C, in Abhängigkeit vom Katalysatormaterial auch höher. Im Allgemeinen darf der Katalysator daher keinesfalls unmittelbar von der Gasturbogruppe aus mit Rauchgas angeströmt werden. Daher wird der Katalysator innerhalb des Wärmeübertragungsapparates angeordnet, derart, dass das Rauchgas bis zum Katalysator bereits einen Teil des Wärmeübertragungsapparates durchströmt und sich dabei teilweise abgekühlt hat. In einer Ausführungsform wird der Katalysator an einer Stelle des Wärmeübertragungsapparates stromab eines ersten Teils des Wärmeübertragungsapparates und stromauf eines zweiten Teils des Wärmeübertragungsapparates angeordnet, an der er bei nominalen Betriebsbedingungen der Kraftwerksanlage eine beste Betriebstemperatur vorfindet. In one embodiment of the invention, a flue gas purification catalyst is arranged in the flue gas path. Such a catalyst has a temperature window in which it must be operated because at higher temperatures damage occurs and at lower temperatures no catalytic cleaning effect can be guaranteed. This temperature window is dependent on the catalyst and the materials used and is for example in the range of 250 °. C up to 300 deg. C or 350 deg. C, also higher depending on the catalyst material. In general, therefore, the catalyst must under no circumstances flow directly from the gas turbine group with flue gas. Therefore, the catalyst is disposed within the heat transfer apparatus, such that the flue gas to the catalyst already flows through part of the heat transfer apparatus and thereby has partially cooled. In one embodiment, the catalyst is disposed at a location of the heat transfer apparatus downstream of a first portion of the heat transfer apparatus and upstream of a second portion of the heat transfer apparatus at which it finds a best operating temperature at nominal power plant operating conditions.
In einer Ausführungsform ist der Wärmeübertragungsapparat in zwei in Serie durchströmte eigenständige Einheiten unterteilt, zwischen denen der Katalysator angeordnet ist. In one embodiment, the heat transfer apparatus is subdivided into two stand-alone units through which the catalyst is interposed.
In einer Weiterbildung ist im Wesentlichen am Eintritt in den Katalysator oder auch unmittelbar im Katalysator oder am Katalysatormaterial eine Temperaturmessstelle angeordnet. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der aus dem Druckfluidspeicher entnommene Speicherfluid-Massenstrom so geregelt, dass die Temperatur am Katalysatoreintritt durch einen stetigen Regler auf einen Sollwert eingeregelt wird, oder durch einen unstetigen Zweipunktregler innerhalb eines Sollwertintervalls geregelt wird, oder auch im Sinne einer Grenzregelung so geregelt wird, dass das Überschreiten einer zulässigen Maximaltemperatur vermieden wird. Hierzu umfasst die Kraftwerksanlage einen Temperaturregler, welcher mit der Katalysatortemperatur als Regelgrösse und der Stellung des Speicherfluidmassenstrom-Stellorgans als Stellgrösse beschaltet ist. Eine Messung und Überwachung der Katalysatoreintrittstemperatur ist auch bei anderen Betriebsverfahren von Vorteil, um beim Über- oder Unterschreiten zulässiger Limiten Abfangaktionen auszulösen, welche beispielsweise eine irreversible Schädigung des Katalysators zu vermeiden vermögen. In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist im Rauchgaspfad der Gasturbogruppe stromauf des Wärmeübertragungsapparates eine Zusatzfeuerungseinrichtung angeordnet. Die Stellung eines Brennstoffmassenstrom-Stellorgans dieser Zusatzfeuerungseinrichtung kann mit Vorteil als Stellgrösse für die Regelung der Katalysatortemperatur herangezogen werden. In a further development, a temperature measuring point is arranged essentially at the entry into the catalyst or else directly in the catalyst or on the catalyst material. In one embodiment of the invention, the stored from the pressure fluid accumulator storage fluid mass flow is controlled so that the temperature at the catalyst inlet is adjusted by a steady controller to a desired value, or is controlled by a discontinuous two-point controller within a setpoint interval, or in the sense of a border control so is regulated that the exceeding of a permissible maximum temperature is avoided. For this purpose, the power plant includes a temperature controller, which is connected to the catalyst temperature as a controlled variable and the position of the storage fluid mass flow actuator as the manipulated variable. A measurement and monitoring of the catalyst inlet temperature is also advantageous in other operating methods in order to initiate interceptions when exceeding or falling below permissible limits, which can prevent irreversible damage to the catalyst, for example. In another embodiment of the invention, an additional firing device is arranged in the flue gas path of the gas turbine group upstream of the heat transfer apparatus. The position of a fuel mass flow actuator of this additional firing device can be used with advantage as a control variable for the control of the catalyst temperature.
Die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage ist ganz besonders auch zur Bereitstellung einer Notstromversorgung geeignet. Weiterhin weist die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage hervorragende Eigenschaften zum Anfahren in einem stromlosen Elektrizitätsnetz auf. Zur Bereitstellung einer notfallmässigen Stromversorgung genügt es, Speicherfluid aus dem Druckfluidspeicher ohne weitere Erhitzung, also vollkommen ohne den Betrieb der vorgeschalteten Gasturbogruppe, zur Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine zu leiten. Bereits die Entspannung eines kalten Speichertfuidmassenstroms kann genutzt werden, um eine begrenzte elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen. Diese notfallmässige Elektrizitätsproduktion kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, wenn die Kraftwerksanlage im Strömungsweg des Druckspeichermediums die beschriebene Nebenschlussleitung aufweist, die es erlaubt, Speicherfluid unter Umgehung des Wärmeübertragungsapparates vom Druckfluidspeicher zur Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine zu leiten. Dies spart gegebenenfalls die Druckverluste des Wärmeübertragungsapparates; andererseits kann die Entspannungsfunktion auch dann genutzt werden, wenn ein Schaden des Wärmeübertragungsapparates vorliegt. Mit Vorteil wird das Speicherfluid in der Speicherfluid-Wärmezuführvorrichtung vorgängig der Entspannung erhitzt. Daneben kann die Kraftwerksanlage auch in ganz besonders vorteilhafter Weise in einem stromlosen Elektrizitätsnetz angefahren werden. Hierzu wird zunächst das Drosselorgan, über welches der Massenstrom des Speichrfluides einstellbar ist, gesteuert geöffnet. Damit wird die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine angefahren und deren Drehzahl so erhöht, dass die vom angetriebenen Generator erzeugbare Leistung zum Anfahren der Gasturbogruppe genügt. Sodann kann der Generator der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine auf eine Startvorrichtung der Gasturbogruppe aufgeschaltet werden. Die von der Druckspeicheranlage erzeugte elektrische Energie wird also genutzt, um die Gasturbogruppe anzufahren, indem zum Beispiel deren Generator elektromotorisch betrieben wird, um die Drehzahl der Gasturbogruppe auf ein zum Zünden erforderliches Niveau zu beschleunigen. Danach benötigt die Gasturbogruppe eine tendenziell niedrigere elektrische Beschleunigungsleistung und ist noch unterhalb der Nenndrehzahl in der Lage, ohne elektrische Starthilfe auf Nenndrehzahl zu beschleunigen und in den Generatorbetrieb zu wechseln. Auf diese Weise kann eine Kraftwerksanlage, welche eine Gasturbogruppe und eine Druckspeicheranlage umfasst, in einem stromlosen Elektrizitätsnetz ohne äussere Energiezufuhr und ohne kapitalintensive Nebenaggregate wie Starterbatterien mit hoher Kapazität oder grosse Schwarzstartdiesel angefahren werden. Die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine kann, da sie nur mit moderaten Temperaturen beaufschlagt wird, sehr schnell belastet werden und ist sehr schnell in der Lage, Leistung in ein Elektrizitätsnetz abzugeben. Bei dem beschriebenen Startverfahren wird die Druckspeicheranlage daher mit einem höchstmöglichen Leistungsgradienten belastet und kann daher im Extremfall bereits ihre volle Leistung ins Netz abgeben, bevor die Gasturbogruppe überhaupt synchronisiert ist. The inventive power plant is very particularly suitable for providing an emergency power supply. Furthermore, the power plant according to the invention has excellent properties for starting in an electroless electricity grid. To provide an emergency power supply, it is sufficient to direct storage fluid from the pressure fluid reservoir without further heating, so completely without the operation of the upstream gas turbine engine to the pressure accumulator fluid-pressure relaxation machine. Already the relaxation of a cold storage mass flow can be used to provide a limited electrical power available. This emergency electricity production can be ensured particularly reliable if the power plant in the flow path of the pressure storage medium has the shunt line described, which allows to direct storage fluid bypassing the heat transfer apparatus from the pressure fluid reservoir to the pressure accumulator fluid expansion machine. This optionally saves the pressure losses of the heat transfer apparatus; On the other hand, the relaxation function can be used even if there is damage to the heat transfer apparatus. Advantageously, the storage fluid in the storage fluid heat supply device is heated prior to relaxation. In addition, the power plant can also be approached in a particularly advantageous manner in a de-energized electricity grid. For this purpose, first the throttle member, via which the mass flow of the Speichrfluides is adjustable, open controlled. Thus, the pressure accumulator fluid relaxation engine is approached and their speed is increased so that the power generated by the driven generator is sufficient to start the gas turbine engine. Then, the generator of the pressure accumulator fluid relaxation engine can be switched to a starting device of the gas turbine group. The electrical energy generated by the pressure accumulator system is thus used to start the gas turbine group, for example, by their generator is operated by an electric motor to accelerate the speed of the gas turbine engine to a required level for ignition. Thereafter, the gas turbo group tends to lower electric acceleration performance and is still below the rated speed in a position to accelerate without electric jump start to rated speed and to switch to generator mode. In this way, a power plant, which includes a gas turbine group and a pressure accumulator, are approached in a de-energized electricity grid without external power and without capital-intensive ancillaries such as high-capacity starter batteries or large black start diesel. The pressure accumulator fluid relaxation engine, since it is only exposed to moderate temperatures, can be charged very quickly and is very quickly able to deliver power into an electricity grid. In the starting method described, the pressure accumulator system is therefore burdened with the highest possible power gradient and therefore can in extreme cases already deliver their full power into the grid before the gas turbo group is even synchronized.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemässen Kraftwerksanlage. Figs. 1 to 4 show different embodiments of an inventive power plant.
Für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar notwendige Elemente sind weggelassen. Die Ausführungsbeispiele sind rein instruktiv zu verstehen und sollen nicht zu einer Einschränkung der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung herangezogen werden. For the understanding of the invention not directly necessary elements are omitted. The embodiments are to be understood purely instructive and should not be used to limit the invention characterized in the claims.
Weg zur Ausführung der Erfindung Way to carry out the invention
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Kraftwerksanlage umfasst eine Gasturbogruppe 1, eine Druckspeicheranlage 2 sowie eine Ladeeinheit für Druckfluidspeicher 3. Die schematisch dargestellte Gasturbogruppe 1 umfasst einen Verdichter 101, eine Brennkammer 102, eine Turbine 103 sowie einen Generator 104. Der Generator 104 kann häufig auch als Startvorrichtung für die Gasturbogruppe 1 motorisch betrieben werden. Die Gasturbogruppe 1 ist eine beliebige Gasturbogruppe 1, wie sie am Markt erhältlich ist, was auch die Möglichkeit mehrwelliger Installationen oder von Gasturbogruppen 1 mit sequentieller Verbrennung, also mit zwei strömungsmässig in Serie geschalteten Turbinen 103 und einer dazwischen angeordneten Brennkammer 102 einschliesst. Eine solche Gasturbogruppe 1 ist aus EP 620 362 bekannt geworden. Ebenso kann auch ein Getriebe zwischen der Abtriebswelle der Gasturbogruppe 1 und dem Generator 104 angeordnet sein; die dargestellte Bauart der Gasturbogruppe 1 ist nicht einschränkend zu verstehen. Auf an sich bekannte Weise wird Umgebungsluft im Verdichter 101 verdichtet, der verdichteten Luft in der Brennkammer 102 Wärme zugeführt und das entstehende gespannte Heissgas in der Turbine 103 unter Abgabe einer Leistung entspannt. Die Turbine 103 treibt den Verdichter 101 sowie den Generator 104 an. Der Generator 104 erzeugt eine Nutzleistung P1, welche erfasst und zur Leistungsregelung der Gasturbogruppe 1 herangezogen wird, was sehr vereinfacht dargestellt ist. Wenn die Leistung als Regelgrösse sinkt, wird das Brennstoffmengen-Stellorgan 6 geschlossen. Eine solche Leistungsregelung umfasst selbstverständlich noch Soll-Istwert-Vergleiche, Begrenzer für Temperaturen und Drücke und vieles mehr, was aber dem Fachmann geläufig ist und daher im Sinne der Übersichtlichkeit nicht dargestellt wurde. Weiterhin umfasst die dargestellte Kraftwerksanlage eine Druckspeicheranlage 2, deren Kernelemente der Druckfluidspeicher 201 und die Druckspeicherfluid-Entspannungkraftmaschine 203, welche hier eine Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine ist, darstellen. Als Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203 kann beispielsweise eine marktgängige Serien-Dampfturbine verwendet werden, welche nur geringe Modifikationen erfordert; das durchströmende Druckspeicherfluid ist dann im Sinne einer hohen Lebensdauer bevorzugt Luft oder ein anderes nicht aggressives Gas, bei Eintrittstemperaturen von maximal rund 550 deg. C bis 650 deg. C. Der Druckfluidspeicher kann auf an sich bekannte Weise mit komprimierter Luft aufgeladen werden, was bevorzugt zu Zeiten niedrigen Elektrizitätsbedarfs und niedriger Strommarktpreise geschieht. Im Beispiel ist eine Ladeeinheit 3 dargestellt, welche einen ersten Kompressor 301, einen Zwischenkühler mit Entfeuchter 302, einen zweiten Kompressor 303 sowie einen zweiten Luftkühler/Entfeuchter 304 enthält. Der Antrieb erfolgt durch den Motor 305. Beim Betrieb der Verdichter wird komprimierte Luft in den Druckfluidspeicher 201 gefördert; beim Stillstand der Ladeeinheit 3 verhindert ein Rückschlagorgan 306 ein Rückströmen der Luft. Ein Absperr- und/oder Drosselorgan 7 regelt die Abströmung von Druckspeicherfluid aus dem Druckspeicher 201 zur Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203. Aus dem Druckfluidspeicher 201 abströmendes Fluid wird in der Turbine 203 unter Abgabe von Leistung entspannt, die zum Antrieb eines Generators 204 dient. Da die Temperatur des im Druckfluidspeicher 201 gespeicherten Fluides niedrig ist, ist die massenstrom-spezifische Leistungsabgabe der Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203 zunächst sehr gering, was in einer extrem schlechten Ausnutzung des Speichervolumens resultiert. Daher ist im Strömungsweg zwischen dem Druckfluidspeicher 201 und der Turbine 203 ein Wärmeübertragungsapparat 202 angeordnet, über den vorgängig der Entspannung in der Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203 Wärme auf das Speicherfluid übertragen werden kann. Der Wärmeübertragungsapparat 202 ist im Rauchgaspfad der Gasturbogruppe 1 angeordnet und wird primärseitig vom Rauchgas der Gasturbogruppe 1 durchströmt, während der Wärmeübertragungsapparat 202 sekundärseitig im Gegenstrom zum Rauchgas von dem gespannten Speicherfluid aus dem Druckfluidspeicher 201 durchströmt wird. Beim Durchströmen des Wärmeübertragungsapparates 202 wird also das aus dem Druckfluidspeicher 201 abströmende Fluid unter Nutzung der Abwärme der Gasturbogruppe erwärmt, wohingegen die Rauchgase sich abkühlen. Eine beste Abwärmenutzung stellt sich ein, wenn die Rauchgase so weit als möglich abgekühlt werden, wobei eine Unterschreitung des Taupunktes der Rauchkomponenten vermieden werden soll; insbesondere bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe, wie Öl, können sonst schwerwiegende Korrosionsschäden die Folge sein. Stromab des Wärmeübertragungsapparates 202 ist eine Temperaturmessstelle 8 zur Messung der Rauchgastemperatur angeordnet. Eine Regelung ist derart aufgebaut, dass mit der dort gemessenen Temperatur als Regelgrösse das Drosselorgan 7 angesteuert wird. Bei steigender Rauchgastemperatur stromab des Wärmeübertragungsapparates 202 öffnet das Drosselorgan 7, wodurch der sekundärseitige Massenstrom des Wärmeübertragungsapparates 202 steigt und das Rauchgas stärker abgekühlt wird. Diese Regelung kann für den Fachmann selbstverständlich als stetige Regelung, welche die Temperatur auf einem näherungsweise konstanten Sollwert hält, oder als unstetiger Zweipunktregler, welcher die Temperatur zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze regelt, ausgeführt sein. Stromab des Wärmeübertragungsapparates 202 ist ein Wärmetauscher 15 mit einer externen Feuerung 16 im Strömungsweg des Speicherfluides angeordnet. Selbstverständlich kann hier auch eine Feuerungseinrichtung unmittelbar im Speicherfluid-Strömungsweg angeordnet sein; dies hat jedoch, wie oben mehrfach erwähnt, Folgen für den Betrieb oder die Auswahl der nachgeordneten Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 203. Die Rauchgase der externen Feuerungseinrichtung 16 werden nach Durchströmen des Wärmetauschers 15 stromauf des Wärmeübertragungsapparates 202 in die Rauchgasströmung der Gasturbogruppe 1 eingeleitet, um die thermische Energie der Rauchgase im Wärmeübertragungsapparat 202 weiter zu nutzen. Im Ausführungsbeispiel wird die Brennstoffzufuhr zu der externen Feuerung 16 mittels Eingriffen auf das Brennstoffmengen-Stellorgan 17 auf eine Konstanthaltung der Eintrittstemperatur der Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203 geregelt. A first embodiment of the invention is shown in FIG. The power plant includes a gas turbine group 1, a pressure accumulator 2 and a charging unit for pressure fluid storage 3. The gas turbine group 1 shown schematically includes a compressor 101, a combustion chamber 102, a turbine 103 and a generator 104. The generator 104 may also often as a starting device for the gas turbine group 1 motor operated. The gas turbo group 1 is any gas turbo group 1 as it is available on the market, which also includes the possibility of multi-shaft installations or gas turbine groups 1 with sequential combustion, ie with two flow-connected in series turbines 103 and a combustion chamber 102 arranged therebetween. Such a gas turbine group 1 has become known from EP 620 362. Likewise, a transmission between the output shaft of the gas turbine group 1 and the generator 104 may be arranged; the illustrated type of gas turbine group 1 is not intended to be limiting. In a manner known per se, ambient air is compressed in the compressor 101, heat is supplied to the compressed air in the combustion chamber 102, and the resulting strained hot gas in the turbine 103 is released while outputting a power. The turbine 103 drives the compressor 101 and the generator 104. The generator 104 generates a useful power P1, which is detected and used for power control of the gas turbine group 1, which is shown very simplified. If the power decreases as a controlled variable, the fuel quantity actuator 6 is closed. Of course, such a power control still includes setpoint-actual value comparisons, limiters for temperatures and pressures and much more, which however is familiar to the person skilled in the art and was therefore not shown in the interest of clarity. Furthermore, the illustrated power plant includes a pressure accumulator 2, the core elements of the pressure fluid reservoir 201 and the pressure accumulator fluid relaxation engine 203, which is here an accumulator fluid expansion turbine, represent. As a pressure storage fluid expansion turbine 203, for example, a marketable series steam turbine can be used, which requires only minor modifications; the pressure accumulating fluid flowing through is then preferably air or another non-aggressive gas in the sense of a long service life, at inlet temperatures of a maximum of approximately 550 °. C up to 650 deg. C. The pressurized fluid reservoir can be charged in a known manner with compressed air, which is preferably done at times of low electricity demand and low electricity market prices. In the example, a charging unit 3 is shown, which includes a first compressor 301, an intercooler with dehumidifier 302, a second compressor 303 and a second air cooler / dehumidifier 304. The drive is effected by the motor 305. During operation of the compressors, compressed air is conveyed into the pressure fluid reservoir 201; at standstill of the charging unit 3, a check member 306 prevents backflow of air. A shut-off and / or throttle member 7 regulates the outflow of accumulator fluid from the pressure accumulator 201 to the pressure accumulator fluid expansion turbine 203. Fluid flowing out of the pressurized fluid accumulator 201 is released in the turbine 203 while releasing power, which serves to drive a generator 204. Since the temperature of the fluid stored in the pressure fluid reservoir 201 is low, the mass flow-specific power output of the pressure-storage fluid expansion turbine 203 is initially very low, resulting in an extremely poor utilization of the storage volume. Therefore, in the flow path between the pressure fluid reservoir 201 and the turbine 203, a heat transfer apparatus 202 is arranged, via the prior relaxation of the pressure storage fluid expansion turbine 203 heat can be transferred to the storage fluid. The heat transfer apparatus 202 is arranged in the flue gas path of the gas turbine group 1 and flows through the primary side of the flue gas of the gas turbine group 1, while the heat transfer apparatus 202 is flowed through on the secondary side in countercurrent to the flue gas from the charged storage fluid from the pressure fluid reservoir 201. When flowing through the heat transfer apparatus 202, therefore, the effluent from the pressure fluid reservoir 201 fluid is heated using the waste heat of the gas turbine group, whereas the flue gases cool down. Best use of waste heat occurs when the flue gases are cooled as far as possible, avoiding falling below the dew point of the smoke components; In particular, in the combustion of sulfur-containing fuels, such as oil, otherwise serious corrosion damage can be the result. Downstream of the heat transfer apparatus 202, a temperature measuring point 8 for measuring the flue gas temperature is arranged. A control is constructed such that with the temperature measured there as the controlled variable, the throttle element 7 is activated. With increasing flue gas temperature downstream of the heat transfer apparatus 202, the throttle body 7 opens, whereby the secondary-side mass flow of the heat transfer apparatus 202 increases and the flue gas is cooled more. Of course, this control can be carried out by a person skilled in the art as a continuous control which keeps the temperature at an approximately constant desired value, or as an unsteady two-step controller which regulates the temperature between an upper limit and a lower limit. Downstream of the heat transfer apparatus 202, a heat exchanger 15 is arranged with an external furnace 16 in the flow path of the storage fluid. Of course, here also a firing device can be arranged directly in the storage fluid flow path; However, this has, as repeatedly mentioned above, consequences for the operation or the selection of the downstream pressure accumulator fluid relaxation engine 203. The flue gases of the external firing device 16 are introduced after flowing through the heat exchanger 15 upstream of the heat transfer apparatus 202 in the flue gas flow of the gas turbine group 1 to the thermal Energy of the flue gases in the heat transfer apparatus 202 continue to use. In the exemplary embodiment, the fuel supply to the external furnace 16 is controlled by intervening on the fuel quantity actuator 17 to a constant maintenance of the inlet temperature of the pressure storage fluid expansion turbine 203.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 weist im Weiteren einen innerhalb des Wärmeübertragungsapparates 202 angeordneten Rauchgasreinigungskatalysator 205 und eine Nebenschlussleitung 18 für das Speicherfluid zum Umgehen des Wärmeübertragungsapparates 202 auf. Der Katalysator 205 ist aus den oben beschriebenen Gründen an einer geeigneten Stelle innerhalb des Wärmeübertragungsapparates 202 angeordnet. Mittels einer Messstelle 10 wird die Temperatur des dem Katalysator 205 zuströmenden Rauchgases gemessen und durch Eingriffe auf das Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 7 geregelt. Wenn die Temperatur einen Sollwert oder einen oberen Grenzwert überschreitet, wird das Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 7 geöffnet. Aufgrund des grösseren sekundärseitigen Massenstroms im Wärmeübertragungsapparat 202 sinkt die Rauchgastemperatur am Katalysatoreintritt. Wenn die Temperatur einen Sollwert oder einen unteren Grenzwert unterschreitet, wird das Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 7 ein Stück geschlossen. Aufgrund des kleineren sekundärseitigen Massenstroms im Wärmeübertragungsapparat 202 steigt die Rauchgastemperatur am Katalysatoreintritt. Weiterhin wird die Temperatur des Rauchgases stromab des Wärmeübertragungsapparates 202 überwacht; wenn hier ein Mindestabstand zum Taupunkt unterschritten wird, werden entsprechende Aktionen eingeleitet, indem beispielsweise der Speicherfluid-Massenstrom vermindert wird. Das Speicherfluid kann mittels des Wegeventils 19 wahlweise durch den Wärmeübertragungsapparat 202 oder über die Nebenschlussleitung 18 geleitet werden. The embodiment according to FIG. 2 furthermore has a flue-gas purification catalyst 205 arranged inside the heat-transfer apparatus 202 and a bypass line 18 for the storage fluid for bypassing the heat-transfer apparatus 202. The catalyst 205 is disposed at a suitable location within the heat transfer apparatus 202 for the reasons described above. By means of a measuring point 10, the temperature of the catalytic converter 205 incoming flue gas is measured and controlled by interventions on the storage fluid mass flow actuator 7. When the temperature exceeds a set value or an upper limit, the storage fluid mass flow actuator 7 is opened. Due to the larger secondary mass flow in the heat transfer apparatus 202, the flue gas temperature at the catalyst inlet decreases. When the temperature falls below a set value or a lower limit, the storage fluid mass flow actuator 7 is closed a little. Due to the smaller secondary side mass flow in the heat transfer apparatus 202, the flue gas temperature at the catalyst inlet increases. Furthermore, the temperature of the flue gas downstream of the heat transfer apparatus 202 is monitored; if a minimum distance to the dew point is reached, appropriate actions are initiated, for example by reducing the mass flow of the storage fluid. The storage fluid may be selectively directed by means of the directional control valve 19 through the heat transfer apparatus 202 or via the shunt line 18.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 weist darüber hinaus eine stromauf des Wärmeübertragungsapparates 202 im Rauchgasströmungsweg der Gasturbogruppe 1 angeordnete Zusatzfeuerungseinrichtung 4 auf, mit welcher die Temperatur des Rauchgases am primärseitigen Eintritt des Wärmeübertragungsapparates 202 unabhängig vom Betriebspunkt der Gasturbogruppe 1 variiert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform wird diese Feuerung herangezogen, um die Temperatur des Katalysators 205 zu optimieren. Wenn die mit der Messstelle 10 ermittelte Temperatur einen Sollwert oder einen oberen Grenzwert überschreitet, wird das Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 5 für die Zusatzfeuerungseinrichtung 4 stärker angedrosselt. Die Feuerungsleistung und damit die Temperatur des Rauchgases sinkt. Wenn die mit der Messstelle 10 ermittelte Temperatur einen Sollwert oder einen unteren Grenzwert unterschreitet, wird das Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 5 für die Zusatzfeuerungseinrichtung 4 weiter geöffnet. Die Feuerungsleistung und damit die Temperatur des Rauchgases steigt. Die Rauchgastemperatur am Austritt aus dem Wärmeübertragungsapparat 202 wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, durch Eingriffe auf das Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 7 geregelt. Die Temperatur des Speicherfluids am Eintritt in die Druckspeicherfluid-Entspannungsturbine 203 wird durch Eingriffe auf das Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 17 der externen Feuerungseinrichtung 16 geregelt. Auf diese Weise lassen sich alle für den Betrieb wesentlichen Prozesstemperaturen aufs Vorteilhafteste unabhängig voneinander regeln. The embodiment according to FIG. 3 furthermore has an additional firing device 4 arranged upstream of the heat transfer apparatus 202 in the flue gas flow path of the gas turbine group 1, with which the temperature of the flue gas at the inlet of the heat transfer apparatus 202 on the primary side can be varied independently of the operating point of the gas turbine group 1. In the illustrated embodiment, this firing is used to optimize the temperature of the catalyst 205. If the temperature determined by the measuring point 10 exceeds a setpoint value or an upper limit value, the fuel mass flow control element 5 for the supplementary firing device 4 is throttled more strongly. The firing capacity and thus the temperature of the flue gas sinks. If the temperature determined with the measuring point 10 falls below a setpoint value or a lower limit value, the fuel mass flow control element 5 for the additional firing device 4 is opened further. The firing capacity and thus the temperature of the flue gas increases. The flue gas temperature at the exit from the heat transfer apparatus 202 is, as described in connection with FIG. 1, controlled by interventions on the storage fluid mass flow actuator 7. The temperature of the storage fluid entering the pressure storage fluid expansion turbine 203 is controlled by interventions on the fuel mass flow actuator 17 of the external firing device 16. In this way, all essential for the operation process temperatures can be controlled in the most advantageous independent of each other.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 zeichnet sich gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform dadurch aus, dass die Speicherfluid-Wärmezuführvorrichtung als Brennkammer 20 ausgeführt ist, in welcher ein Brennstoff unmittelbar im Speicherfluid verbrannt wird. In der Folge wird natürlich die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 203 mit Rauchgas beaufschlagt. Das heisst, es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine hinreichende Beständigkeit der Komponenten der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine gegen korrosive Heissgasangriffe zu gewährleisten. Mit Vorteil können bei dieser Ausführungsform die Brennkammer und die Turbine einer Gasturbogruppe Verwendung finden. Weiterhin ist in der Fig. 4 eine explizite Leistungsregelung der Druckspeicheranlage 2 dargestellt, bei der die elektrische Leistung P2 des von der Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 203 angetriebenen Generators 204 durch Eingriffe auf den Brennstoffmassenstrom zur Brennkammer 20 geregelt wird. Gleichzeitig wird auf geeignete Weise direkt oder vorliegend bevorzugt indirekt die Temperatur des Speicherfluids beim Eintritt in die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 203 bestimmt, und diese wird im Sinne einer Grenzregelung auf einen oberen Grenzwert begrenzt, indem bei Überschreiten des Grenzwertes die Öffnung des Brennstoffmengen-Stellorgans 17 für die Brennkammer 20 begrenzt wird. The embodiment according to FIG. 4 is distinguished from the embodiment illustrated in FIG. 3 in that the storage fluid heat supply device is designed as a combustion chamber 20 in which a fuel is burned directly in the storage fluid. As a result, of course, the pressure accumulator fluid relaxation engine 203 is supplied with flue gas. That is, provision must be made to ensure sufficient durability of the components of the pressure storage fluid decompression engine against corrosive hot gas attack. Advantageously, the combustion chamber and the turbine of a gas turbine group can be used in this embodiment. Furthermore, FIG. 4 shows an explicit power control of the accumulator 2, in which the electrical power P2 of the generator 204 driven by the pressure accumulator fluid decompression engine 203 is regulated by interventions on the fuel mass flow to the combustion chamber 20. At the same time, the temperature of the storage fluid entering the pressure storage fluid expansion machine 203 is indirectly indirectly determined in a suitable manner, directly or indirectly, and this is limited to an upper limit in the sense of a limit control by opening the fuel quantity control element 17 for the threshold value the combustion chamber 20 is limited.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele vermitteln dem Fachmann einen instruktiven Einblick in die Vielfalt der im Rahmen der Erfindung möglichen Ausgestaltungen und Betriebsmodi einer Kraftwerksanlage der eingangs genannten Art, wobei die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht erschöpfend sein sollen und können. Insbesondere können Ausgestaltungsmerkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen der Patentansprüche nahezu beliebig untereinander kombiniert werden. Die unterschiedlichen beschriebenen Regelungsmechanismen können in einer einzigen Anlage im Rahmen der Patentansprüche miteinander kombiniert werden, und es kann zwischen den unterschiedlichen Betriebs- und Regelungsmodi gewechselt werden, auch während des Betriebes. The above embodiments provide the expert with an instructive insight into the variety of possible embodiments and operating modes of a power plant of the type mentioned in the context of the invention, the illustrated embodiments should not be exhaustive and can. In particular, design features of the described embodiments can be combined within the scope of the claims almost arbitrarily. The various control mechanisms described can be combined in a single system within the scope of the claims, and it can be changed between the different operating and control modes, even during operation.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 : Gasturbogruppe 2 : Druckspeicheranlage 3 : Ladeeinrichtung für Druckfluidspeicher 4 : Wärmezuführeinrichtung, Nachfeuerungseinrichtung 5 : Brennstoffmengen-Stellorgan 6 : Brennstoffmengen-Stellorgan 7 : Absperr- und/oder Drosselorgan Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 8 : Temperaturmessstelle, für Abgastemperatur 9 : Temperaturmessstelle, für Speicherfluidtemperatur stromab des Erhitzers und/oder am Eintritt in die Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 10 : Temperaturmessstelle, für Rauchgastemperatur stromauf eines Katalysators oder Katalysatortemperatur 15 :Speicherfluid-Zusatzerwärmungsvorrichtung, Wärmetauscher, Wärmezufuhreinheit 16 : externe Feuerung 17 : Brennstoff mengen-Stellorgan 18 : Nebenschlussleitung 19 : Wegeventil 20 : Speicherfluid-Zusatzerwärmungsvorrichtung, Speicherfluid-Zusatzfeuerungseinrichtung 101 : Verdichter 102 : Brennkammer 103 : Turbine 104 : Generator 201 : Druckfluidspeicher 202 : Wärmeübertragungsapparat 203 : Druckspeicherfluid-Entspannungskraftmaschine 204 : Generator 205 : Katalysator 301 : Verdichter 302 : Kühler und Entfeuchter 303 : Verdichter 304 : Kühler und Entfeuchter 305 : Antriebsmotor 306 : Rückschlagorgan P1 : Generatorleistung der Gasturbogruppe P2 : Generatorleistung der Druckspeicheranlage 1: Gas turbine group 2: pressure accumulator system 3: Loading device for pressure fluid storage 4: heat supply device, supplementary combustion device 5: fuel quantity actuator 6: fuel quantity actuator 7: Shut-off and / or throttle device Storage fluid mass flow actuator 8: Temperature measuring point, for exhaust gas temperature 9: Temperature measuring point, for storage fluid temperature downstream of the heater and / or at the inlet to the pressure storage fluid expansion engine 10: Temperature measuring point, for flue gas temperature upstream of a catalyst or catalyst temperature 15: storage fluid auxiliary heater, heat exchanger, heat supply unit 16: external firing 17: Fuel quantity actuator 18: shunt line 19: directional valve 20: storage fluid auxiliary heater, storage fluid supplemental firing device 101: compressor 102: combustion chamber 103: turbine 104: generator 201: pressurized fluid reservoir 202: heat transfer apparatus 203: accumulator fluid decompression engine 204: generator 205: catalyst 301: Compressor 302: radiator and dehumidifier 303: Compressor 304: radiator and dehumidifier 305: drive motor 306: check valve P1: Generator power of the gas turbine group P2: Generator power of the pressure accumulator system
Claims (15)
Priority Applications (2)
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