[go: up one dir, main page]

DE10358233A1 - Luftspeicherkraftanlage - Google Patents

Luftspeicherkraftanlage Download PDF

Info

Publication number
DE10358233A1
DE10358233A1 DE10358233A DE10358233A DE10358233A1 DE 10358233 A1 DE10358233 A1 DE 10358233A1 DE 10358233 A DE10358233 A DE 10358233A DE 10358233 A DE10358233 A DE 10358233A DE 10358233 A1 DE10358233 A1 DE 10358233A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power plant
steam
air
water
turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10358233A
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Behnke
Vanessa Martinez-Streignard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority to DE10358233A priority Critical patent/DE10358233A1/de
Priority to PCT/EP2004/053393 priority patent/WO2005056994A1/de
Publication of DE10358233A1 publication Critical patent/DE10358233A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

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

Abstract

Eine Luftspeicher-Kraftanlage (1) mit einer Speicherkaverne (5), Kompressoren (2a, 2b) zur Verdichtung von Luft und einer Turbine (8), die über eine Welle mit einem Generator (G1) verbunden ist, ist mit einer Dampfturbinen-Kraftanlage (10) mittels Wärmetauschern (20, 24, 30) integriert. Die von den Kompressoren (2a, 2b) verdichtete Luft wird durch Wärmetauscher (20, 24) geleitet und an Rohren gekühlt, durch die Kondensat aus dem Kondensator der Dampfkraftanlage fließt, wobei das Kondensat sich erwärmt. Die Abgase aus der Turbine (8) werden durch einen weiteren Wärmetauscher (30) geleitet, wobei durch Rohre fließendes Speisewasser erhitzt wird. Der Gesamtprozess der beiden Kraftanlagen wird durch deren Integration verbessert, indem durch die Kühlung der Luft der Leistungsbedarf der Kompressoren (2a, 2b) vermindert und die speicherbare Luftmenge vergrößert wird. Zusätzlich wird durch die Erwärmung des Kondensatos und/oder Speisewassers der Bedarf an Entnahmedampf zur Erwärmung von Wasser und Dampf vermindert und der Wirkungsgrad der Dampfkraftanlage (10) erhöht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Luftspeicherkraftanlage sowie eine Dampfkraftanlage und Verfahren zum Betrieb der Anlagen.
  • Luftspeicherkraftanlagen sind allgemein unter dem Begriff CAES oder "compressed air energy system" bekannt. Ein solche Kraftanlage ist zum Beispiel in der 1 der DE 102 35 108 offenbart. Mit solchen Anlagen wird in einer Kaverne Luft während Verbrauchs-schwachen Zeiten (z.B. nachts und an Wochenenden) mittels einem Kompressor verdichtet und bei relativ hohem Druck gespeichert. Während Zeiten hohen Strombedarfs wird die dort verdichtete Luft zunächst erwärmt und anschliessend in einer Turbine expandiert, welche einen Generator antreibt. Diese Anlagen haben dabei den Vorteil, dass die Turbinen durch die gespeicherte Luft in Kürze gestartet werden können, wobei praktisch die gesamte Turbinenleistung an den Generator übertragen werden kann ohne dass die Turbinenleistung auf Verdichter und Generatoren verteilt werden müssen.
  • Beim Auffüllen der Kaverne ist es von Vorteil, wenn die Temperatur der Luft möglichst wenig erwärmt ist, weil einerseits der Leistungsbedarf des Kompressors mit zunehmender Temperatur ansteigt und anderseits eine niedrigere Lufttemperatur aufgrund der kleineren Luftdichte zu einer besseren Füllung der Kaverne führt.
  • Normalenrweise wird die Kavernenluft erwärmt bevor sie in die Turbinen geleitet wird, wobei eine Aufwärmung der Kavernenluft zum Beispiel mittels Rekuperator möglich ist , wie in DE 102 35 108 gezeigt. Ein solcher Rekuperator muss jedoch für die grossen Luftmengen und hohen Drücke mit entsprechendem Volumen und entsprechenden Wanddicken ausgelegt werden.
  • Eine Alternative besteht in einer direkten Erwärmung der Luft in einer Brennkammer. Prozesstechnisch ist diese Lösung jedoch nur dann von Vorteil, wenn die heissen Abgase weiter genutzt werden.
    •
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist der vorliegenden Erfindung die Aufgabe gestellt, den Gesamtprozess einer Luftspeicher-Kraftanlage zu verbessern, insbesondere bezüglich der effizienten Aufwärmung der Luft, wobei die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
  • Eine Luftspeicher-Kraftanlage weist eine Speicherkaverne, einen oder mehrere Kompressoren, und eine oder mehrere Turbinen auf, die auf einer Welle mit einem Generator verbunden ist. Erfindungsgemäss ist die Luftspeicherkraftanlage mit einer Dampfkraftanlage integriert, die einen Wasser-dampf-Kreislauf aufweist mit einem Kessel, einer oder mehreren Turbinen und eine Kondensations- und Wasseraufbereitungsanalge. Insbesondere ist der Luft-Gas-Kreislauf der Luftspeicher-Kraftanlage mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfkraftanlage mittels einem oder mehreren Wärmetauschern geschaltet.
  • Die eine oder mehreren Turbinen der Luftspeicher-Kraftanlage sind Luft- und/oder Gasturbinen, denen gegebenenfalls eine Brennkammer vorgeschaltet ist.
  • In einer ersten Ausführung sind einer oder mehrere Wärmetauscher luftseitig jeweils zwischen einzelnen Kompressoren und/oder zwischen einem Kompressor und der Speicherkaverne geschaltet und wasserseitig im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbinen-Kraftanlage geschaltet. Vorzugsweise sind die Wärmetauscher in der Wasseraufbereitungsanlage zwischen einem Kondensator und dem Kessel der Dampfkraftanlage geschaltet.
  • Während des Verdichterbetriebs der Kraftanlage wird die verdichtete Luft durch Wärmetausch mit dem in Rohren fliessenden Kondensat oder Speisewasser der Dampfkraftanlage abgekühlt. Die Abkühlung der verdichteten Luft erbringt den Vorteil eines verminderten Leistungsbedarfs der Kompressoren sowie einer Erhöhung der in die Speicherkaverne eingebrachten Luft aufgrund erhöhter Luftdichte.
  • Vorzugsweise ist der erwähnte Wärmetauscher bezüglich des Wasser-Dampf-Kreislaufs einem Kondensat- oder Speisewasservorwärmer parallel geschaltet. Dies bewirkt, dass der betreffende Vorwärmer entlastet wird und weniger Dampf aus der Dampfturbine entnommen werden muss, was eine Erhöhung der Turbinenleistung ermöglicht.
  • Gesamthaft betrachtet bedeutet die Integration der beiden Kraftanlagen einen Wirkungsgradverbesserung beider Anlagen.
  • In einer Variante dieser ersten Ausführung ist der eine oder sind die mehreren Wärmetauscher direkt in den Wasserdampf-Kreislauf der Dampfkraftanlage geschaltet statt parallel statt parallel zu den Wärmetauschern der Wasseraufbereitungsanlage.
  • In einer zweiten Ausführung der Erfindung ist eine Abgasleitung, die von einer Turbine der Luftspeicheranlage wegführt, mit einem Abhitzekessel verbunden, der wasserseitig mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfanlage verbunden ist. Der Abhitzekessel wird hier zur Erhitzung des Speisewassers und/oder Kondensats eingesetzt. Ähnlich wie in oben erwähnter Ausführung wird die Vorwärmung des Speisewassers/Kondensats entlastet, sodass weniger Dampf den Turbinen entnommen werden muss und dadurch die Turbinenleistung erhöht wird.
  • In einer Variante dieser Ausführung ist der Abhitzekessel dampfseitig direkt mit einer Dampfturbine verbunden. Hier wird der Abhitzekessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf eingesetzt.
  • Abgasseitig ist der Abhitzekessel mit dem Kessel der Dampfturbinen-Kraftanlage verbunden. Die heissen Abgase werden direkt in den Kessel geleitet und erwärmen dort die Verbrennungsluft des Kessels.
  • In einer weiteren Ausführung der Luftspeicher-Kraftanlage ist der Turbine eine Brennkammer vorgeschaltet, die der Erwärmung der Luft dient, bevor sie in der Turbine entspannt wird. Ein Rekuperator ist hier nicht notwendig. Bezüglich des Wirkungsgrades der Gesamtanlage ist dies in der erfindungsgemässen Kraftanlage vertretbar, da die Energie der Abgase aus der Brennkammer schlussendlich für die Erwärmung von Speisewasser sowie der Verbrennungsluft im Kessel eingesetzt werden.
  • In einem erfindungsgemässen Verfahren zum Betrieb einer Luftspeicherkraftanlage wird die in einem oder mehreren Kompressoren verdichtete Luft über eine Leitung in einen Wärmetauscher geführt, in dem die verdichtete Luft im Wärmetausch mit durch Rohre fliessendem Kondensat aus der Dampfturbinen-Kraftanlage steht, und die dort gekühlte Luft über eine Leitung entweder in einen nachfolgenden Kompressor oder direkt in die Luftspeicherkaverne geleitet wird.
  • In einem weiteren Verfahren werden die Abgase aus der Turbine durch einen Wärmetauscher geleitet, in dem die Abgase mit durch Rohre fliessendem Speisewasser aus dem Wasser-Dampfkreislauf der Dampfturbinenanlage im Wärmetausch steht und danach in den Kessel und/oder über einen Kamin in die Atmosphäre geleitet wird.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Luftspeicher-Kraftanlage integriert mit einer Dampfkraftanlage mit einer Abwärmeeinkopplung der Luftspeicheranlage in die Kondensat- und Speisewasseranlage der Dampfkraftanlage.
  • 2 zeigt eine Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Luftspeicher-Kraftanlage integriert mit einer Dampfkraftanlage mit einer Variante der Abwärmeeinkopplung der Luftspeicheranlage in die Leitungen der Kondensat- und Speisewasseranlage der Dampfkraftanlage.
  • 3 zeigt eine Variante der erfindungsgemässen Kraftanlage mit einer Antriebsturbine für den Verdichterantrieb.
  • 4 zeigt eine weitere Variante der integrierten Kraftanlagen mit einem zusätzlichen Dampferzeuger.
  • Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt schematisch eine mit gestrichelter Linie umrandete Luftspeicher-Kraftanlage 1, wie sie im Stand der Technik bekannt ist und eine ebenfalls mit gestrichelter Linie umrandete konventionelle Dampfkraftanlage 10.
  • Die Luftspeicheranlage 1 weist im wesentlichen mehrere in Serie geschaltete Kompressoren 2a und 2b, die mittels eines Motors M angetrieben werden. (Es kann auch nur ein einziger Kompressor eingesetzt werden). Während des Verdichterbetriebs verdichten die Kompressoren 2a uns 2b Luft aus der Atmosphäre 3 auf einen Druck von typischerweise 60 bis 100 bar. Die verdichtete Luft wird über eine Leitung 4 in eine Speicherkaverne 5 geleitet. oder Expansionsbetrieb der Luftspeicherkraftanlage sind die Kompressoren 2a, 2b nicht in Betrieb. Im Turbinenbetrieb wird die gespeicherte Druckluft von der Kaverne 5 über eine Leitung 6 in eine Brennkammer 7 geleitet, in der sie unter Einsatz von Brennstoff erhitzt wird. Das resultierende Heissgas wird in der Turbine 8, die über eine Welle 9 mit einem Generator G1 verbunden ist, bis fast auf Atmosphärendruck expandiert. Je nach Ausführung der Anlage ist auch eine Zwischenüberhitzung des Gases in einer zusätzlichen Brennkammer möglich.
  • Die Dampfkraftanlage 10 ist eine konventionelle Kraftanlage ihrer Art mit einem Kessel 11, Hoch- und Niederdruckdampfturbinen 12 bzw. 13, die über eine Welle 17 mit einem Generator G2 verbunden sind, einem Kondensator 15 und dem Kondensator nachgeschaltete Kondensat- und Speisewasservorwärmer 15 und 16. Die Vorwärmer 15 und 16 repräsentieren Kondensat- und Speisewasservorwärmer, die je nach Anwendungsfall in unterschiedlicher Anzahl vorhanden sein können. Von den Hochdruck- und Niederdruckturbinen 12 bzw. 13 führen je eine Dampfentnahmeleitung 18 und 19 zu den Vorwärmern 16 bzw. 15.
  • Wie eingangs erwähnt, ist eine Abkühlung der zu verdichtenden Luft sowie auch der verdichteten Luft wünschenswert, da der Leistungsbedarf eines Kompressors bei tieferer Temperatur begünstigt ist und grössere Luftmengen bei tieferen Temperaturen speicherbar sind. Zwecks Abkühlung der verdichteten Luft ist erfindungsgemäss zwischen den zwei nacheinander geschalteten Kompressoren 2a und 2b ein Wärmetauscher 20 und nach dem zweiten Kompressor 2b und vor der Speicherkaverne 5 ein weiterer Wärmetauscher 24 geschaltet, der dem Wärmetauscher 20 stromaufwärts geschaltet ist. Die verdichtete Luft durchströmt also zunächst den Wärmetauscher 20 und sodann den Wärmetauscher 24. Die Wärmetauscher 20, 24 sind wasserseitig mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfanlage mittels der Leitungen 25 und 26, vorzugsweise parallel zum Kondensatvorwärmer 15, geschaltet.
  • Die Wärmetauscher 15 und 16 weisen jeweils eine Vielzahl von Rohren auf, durch die das Kondensat aus dem Kondensator 14 aus der Dampfanlage fliesst. Die Luft aus dem Kompressor 2a wird über die Leitung 21 in den Wärmetauscher 20 geleitet, in dem sie um die Rohre herumströmt und sich dabei abkühlt, wobei eine Abkühlung beispielsweise in einem Temperaturbereich von 100 bis 400°C erzielt wird. Bei einer Abkühlung der Luft reduziert sich der Leistungsbedarf des Kompressors proportional der absoluten Lufttemperatur. Die abgekühlte Luft wird danach über die Leitung 22 dem nachfolgenden Kompressor 2b zugeleitet.
  • Die verdichtete Luft aus dem Kompressor 2b wird über Leitung 23 zwecks weiterer Abkühlung in den Wärmetauscher 24, der dem Wärmetauscher 20 wasserseitig stromaufwärts geschaltet ist, und nach dessen Durchströmung über die Leitung 4 in die Speicherkaverne 5 geleitet. Der Wärmetauscher 24 dient einer Abkühlung auf eine Temperatur im Bereich von beispielsweise 400°C bis auf 70°C. Dies erbringt eine Vergrösserung der zu speichernden Luftmenge entsprechend dem Verhältnis der absoluten Lufttemperaturen.
  • Durch den Wärmetausch erwärmt sich das durch die Rohre der Wärmetauscher fliessende Kondensat, sodass für den Wärmetauscher 15 weniger Entnahmedampf aus der Turbine 13 geleitet werden muss. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad der Turbine 13 aus. Die Integration der beiden Kraftanlagen mittels der Wärmetauscher 21 und 24 erbringt während des Verdichterbetriebs der Luftspeicheranlage einen Wirkungsgradvorteil für beide Anlagen.
  • Die Anzahl Wärmetauscher zur Abkühlung der Luft ist an sich beliebig, wobei die Anzahl Apparate gegen den Leistungsgewinn abgewogen werden muss.
  • Während des Turbinenbetriebs der Luftspeicheranlage sind vorteilhafterweise die beiden Anlagen durch einen weiteren Wärmetauscher 30 integriert, genauer einem Abhitzewärmetauscher. Dieser ist wasserseitig im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfanlage über Leitungen 31 und 32 geschaltet, vorzugsweise parallel zum Vorwärmer 16. In einer Variante dieser Ausführung, ist die Kondensatvorwärmung ausschliesslich über die Wärmetauscher 20 und 24 realisiert.
  • Die heissen Abgase werden nach ihrer Entspannung in der Turbine 8 über eine Abgasleitung 33 in den Abhitzewärmetauscher 30 geleitet, in welchem sie Rohre umströmen, durch die das Speisewasser der Dampfanlage fliesst und dabei erhitzt wird. Dadurch ist der Bedarf an Entnahmedampf aus der Turbine 12 über die Leitung 18 verringert, wobei der Wirkungsgrad der Turbine 12 entsprechend erhöht wird. Bei der Nutzung der Abwärme aus der Turbine kann ca. 40% der Turbinenleistung an Wärmeenergie in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingekoppelt und zur Vorwärmung des Wassers eingesetzt werden. Die Zusatzleistung, die durch den Abhitzewärmetauscher erzielt wird, ist vergleichsweise hoch, da der Wärmetausch auf höherem Temperaturniveau erfolgt.
  • Während des Turbinenbetriebs können die beiden Anlagen auch durch eine weitere Schaltung des Abhitzewärmetauschers in Bezug auf die Dampfkraftanlage integriert werden. Der Abhitzewärmetauscher und/oder einer der Wärmetauscher zur Kühlung der verdichteten Luft ist in dieser Variante zur Erzeugung von überhitztem Dampf eingesetzt. Je nach vorhandenem Druckniveau und des herrschenden Aggregatzustandes nach der Erwärmung wird der Dampf über eine Leitung vom Abhitzewärmetauscher und/oder Wärmetauscher für Kühlung der verdichteten Luft entweder vor dem Kesselüberhitzer im Kessel 11 oder direkt vor einer der Turbinen 12 oder 13 zugeführt. Diese Variante erhöht die Generatorleistung G2 durch die Erhöhung des Massenstroms.
  • Die Abgase werden nach Austritt aus dem Abhitzewärmetauscher 30 über die Leitung 34 direkt in den Kessel 11 geleitet, wo sie die Verbrennungsluft anwärmen.
  • 2 zeigt eine Variante der in 1 gezeigten integrierten Kraftanlage. Sie unterscheidet sich von der Anlage von 1 in der Reihenfolge des Luftdurchflusses durch die als Luftkühler eingesetzten Wärmetauscher 20 und 24. Die Reihenfolge der Luftdruchströmung der Wärmetauscher 24 und 20 ist also im Vergleich zur Anlage in 1 in Bezug auf das Druckniveau der komprimierten Luft vertauscht, indem zuerst verdichtete Luft aus dem Verdichter 2a durch den Wärmetauscher 24 geleitet wird und danach dem Verdichter 2b zugeführt wird. Die in Verdichter 2b verdichtete Luft wird sodann dem Wärmetauscher 20 zur weiteren Abkühlung und schliesslich in die Kaverne 5 geführt. Da in der Regel die Verdichterluft heisser ist als die Luft in der Leitung 21, ist diese Anordnung für den Wärmetausch mit dem Kondensat und damit für den Wirkungsgrad des Wasser-Dampf-Kreislaufs thermodynamisch günstiger.
  • 3 zeigt eine weitere Variante der Anlage von 2, die zum Antrieb der Verdichter eine Antriebsturbine 27 anstelle eines Motors aufweist. Die Antriebsturbine wird beispielsweise direkt aus dem Dampfnetz des Wasser-Dampf-Kreislaufs gespeist, wobei ihr Abdampf direkt in den Kondensator geleitet wird. Die Anzapfstelle für den erforderlichen Dampf sowie die Stelle der Rückführung des Abdampfes sind an sich beliebig, und sind je nach Anlage optimierbar. Die Anordnung mit Antriebsturbine erreicht einen höheren Gesamtwirkungsgrad, da zumindest die Übertragungsverluste des notwendigen elektrischen Stroms zum Antrieb des Verdichtermotors in der Anlage von 2 entfallen.
  • 4 zeigt eine Anlage nach 1, die jedoch einen zusätzlichen Dampferzeuger 38 aufweist, zu dem von der Turbine 8 eine Leitung 33 führt. Er dient der direkten Dampferzeugung aus den heissen Abgasen aus der Turbine B. Der direkt erzeugte Dampf wird über Leitung 40 in den Frischdampfstrom zur Turbine 12 und/oder über Leitung 39 in den Dampfstrom zur zweiten Turbine 13 geführt.
  • Kraftanlagen mit verschiedenen Kombinationen der hier dargestellten Varianten sind auch realisierbar.
    • 1
    Luftspeicher-Kraftanlage
    2a,2b
    Kompressoren
    3
    Lufteinlass
    4
    Leitung zur Speicherkaverne
    5
    Speicherkaverne
    6
    Leitung zu Brennkammer
    7
    Brennkammer
    8
    Turbine
    9
    Welle
    10
    Dampfturbinen-Kraftanlage
    11
    Kessel
    12
    Hochdruckturbine
    13
    Niederdruckturbine
    14
    Kondensator
    15
    Wärmetauscher/Kondensatvorwärmer
    16
    Wärmetauscher/Speisewasservorwärmer
    17
    Welle
    18
    Entnahmedampfleitung
    19
    Entnahmedampfleitung
    20
    Wärmetauscher
    21
    Leitung
    22
    Leitung
    23
    Leitung
    24
    Wärmetauscher
    25
    Kondensatleitung
    26
    Kondensatleitung
    30
    Wärmetauscher
    31
    Speisewasserleitung
    32
    Speisewasserleitung
    33
    Abgasleitung
    34
    Abgasleitung
    35
    Leitung
    36
    Kamin
    G1
    Generator
    G2
    Generator
    M
    Motor
    T
    Turbine zum Antrieb der Kompressoren

Claims (16)

  1. Eine Luftspeicher-Kraftanlage (1) weist einen Luft-Gas-Kreislauf auf mit einer Speicherkaverne (5), einem oder mehreren Kompressoren (2a, 2b) und einer oder mehreren Turbinen (8), die über eine Welle mit einem Generator (G1) verbunden sind dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspeicher-Kraftanlage (1) mit einer Dampfturbinen-Kraftanlage (10) integriert ist, die einen Wasser-Dampf-Kreislauf mit einem Kessel (11), einer oder mehreren Turbinen (12, 13), die mit einem Generator (G2) verbunden sind, und einer Wasseraufbereitungsanlage aufweist, wobei der Luft-Gas-Kreislauf der Luftspeicher-Kraftanlage (1) mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfkraftanlage (10) mittels einem oder mehreren Wärmetauschern (20, 24, 30) geschaltet ist.
  2. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wärmetauscher (20, 24) wasserseitig im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfkraftanlage (10) und luftseitig im Luftstrom der Kompressoren (2a, 2b) zur Kühlung von verdichteter Luft geschaltet sind.
  3. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Wärmetauscher (20, 24) einem Kondensat- oder Speisewasservorwärmer des Wasser-Dampf-Kreislaufs parallel geschaltet ist oder direkt im Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet ist.
  4. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein in Strömungsrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampf-Kraftanlage (10) erster Wärmetauscher (24) luftseitig zwischen dem Austritt eines Kompressors (2b) und der Speicherkaverne (5) geschaltet ist, und ein in Strömungsrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampf-Kraftanlage (10) zweiter Wärmetauscher (20) luftseitig zwischen einem ersten Kompressor (2a) und einem zweiten Kompressor (2b) in Richtung des Luftstroms durch die Kompressoren (2a, 2b) geschaltet ist.
  5. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein in Strömungsrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampf-Kraftanlage (10) erster Wärmetauscher (24) luftseitig zwischen einem ersten Kompressor (2a) und einem zweiten Kompressor (2b) in Richtung des Luftstroms durch die Kompressoren (2a, 2b) geschaltet ist, und ein in Strömungsrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampf-Kraftanlage (10) zweiter Wärmetauscher (20) luftseitig zwischen dem Austritt eines Kompressor (2b) und der Speicherkaverne (5) geschaltet ist.
  6. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspeicher-Kraftanlage (1) einen Motor (M) zum Antrieb der Kompressoren (2a, 2b) aufweist.
  7. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspeicher-Kraftanlage (1) eine Turbine (27) zum Antrieb der Kompressoren (2a, 2b) aufweist.
  8. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (30) gasseitig in einer Abgasleitung (33) zwischen dem Austritt einer Turbine (8) und dem Kessel (11) der Dampfturbinen-Kraftanlage (10) und wasserseitig zur Erhitzung von Wasser im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet ist.
  9. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (30) gasseitig in einer Abgasleitung (33) zwischen dem Austritt einer Turbine (8) und einem Kessel (11) der Dampfturbinen-Kraftanlage (10) und dampfseitig zur Erzeugung von überhitztem Dampf im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfkraftanlage geschaltet ist und direkt mit einer Dampfturbine (12,13) der Dampfkraftanlage verbunden ist.
  10. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (30) ein Abhitzewärmetauscher (30) ist.
  11. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Abhitzewärmetauscher (30) parallel zu einem Speisewasservorwärmer (16) im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfkraftanlage (10) geschaltet ist.
  12. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass vom Abhitzewärmetauscher (30) und/oder von einem Wärmetauscher (20, 24) zur Kühlung der verdichteten Luft eine Leitung zum Kessel (11) oder zu einer Turbine (12, 13) der Dampfkraftanlage (10) zur Leitung von überhitztem Dampf führt.
  13. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der einen oder mehreren Turbinen (8) der Luftspeicher-Kraftanlage (1) ein Dampferzeuger (38) nachgeschaltet ist, von dem eine oder mehrere Dampfleitungen (39, 40) jeweils zu einer Turbine (12, 13) der Dampfkraftanlage (10) führen.
  14. Verfahren zum Betrieb einer Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass verdichtete und/oder zu verdichtende Luft durch Wärmetausch mit in Rohren fliessendem Wasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbinen-Kraftanlage gekühlt wird und Wasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf in diesem Wärmetausch erwärmt wird.
  15. Verfahren zum Betrieb einer Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Wasser oder Dampf des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampfkraftanlage (10) durch Wärmetausch mit Abgasen aus der Turbine (8) erhitzt wird und die Abgase der Verbrennungsluft im Kessel (11) der Dampfkraftanlage (10) zugemischt werden.
  16. Verfahren zum Betrieb einer Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Dampf des Wasser-Dampf-Kreislaufs der Dampfkraftanlage durch Wärmetausch mit Abgasen aus der Turbine (8) überhitzt wird.
DE10358233A 2003-12-12 2003-12-12 Luftspeicherkraftanlage Withdrawn DE10358233A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10358233A DE10358233A1 (de) 2003-12-12 2003-12-12 Luftspeicherkraftanlage
PCT/EP2004/053393 WO2005056994A1 (de) 2003-12-12 2004-12-10 Luftspeicherkraftanlage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10358233A DE10358233A1 (de) 2003-12-12 2003-12-12 Luftspeicherkraftanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10358233A1 true DE10358233A1 (de) 2005-07-28

Family

ID=34672658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10358233A Withdrawn DE10358233A1 (de) 2003-12-12 2003-12-12 Luftspeicherkraftanlage

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10358233A1 (de)
WO (1) WO2005056994A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102052256B (zh) * 2009-11-09 2013-12-18 中国科学院工程热物理研究所 超临界空气储能系统
US20110308276A1 (en) * 2010-06-17 2011-12-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method and system for periodic cooling, storing, and heating with multiple regenerators
EP2642091A1 (de) * 2012-03-22 2013-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Kombikraftwerk
CN102758689B (zh) * 2012-07-29 2015-03-04 中国科学院工程热物理研究所 超超临界空气储能/释能系统
CN102797516B (zh) * 2012-07-30 2016-01-20 吉林省电力有限公司辽源供电公司 多种自然能支持增效的普适型电网消峰平谷蓄能电站
EP2708719A1 (de) * 2012-09-18 2014-03-19 Siemens Aktiengesellschaft Erweitertes Gaskraftwerk zur Stromspeicherung
CN103016152B (zh) * 2012-12-06 2014-10-01 中国科学院工程热物理研究所 一种新型流程的超临界空气储能系统
CN104100441B (zh) * 2014-07-01 2016-08-24 西安交通大学 用高压储气罐恒压的水-气共容舱电力储能系统
CN104675458B (zh) * 2015-02-09 2016-01-20 山东大学 背压式热电机组用的热电联供型压缩空气储能系统及方法
DE102015109898A1 (de) * 2015-02-20 2016-08-25 Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh Dampfkraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
CN105043147B (zh) * 2015-06-25 2017-01-25 中国科学院理化技术研究所 一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统
CN105756843B (zh) * 2016-03-18 2017-12-15 西安交通大学 一种双壳式抽水蓄能系统
CN106014508A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 华北电力大学（保定） 一种压缩空气储能系统
CN112412561B (zh) * 2020-11-11 2023-05-23 贵州电网有限责任公司 压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2102770A1 (de) * 1971-01-21 1972-08-03 Rastalsky O Anlage einer Gasturbine mit Energiespeicherung gebunden mit einer Dampfturbine
ATE147135T1 (de) * 1991-06-17 1997-01-15 Electric Power Res Inst Energieanlage mit komprimiertem luftspeicher
DE4427987A1 (de) * 1994-08-08 1996-02-15 Abb Management Ag Luftspeicherturbine
US6038849A (en) * 1998-07-07 2000-03-21 Michael Nakhamkin Method of operating a combustion turbine power plant using supplemental compressed air

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005056994A1 (de) 2005-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1591644B1 (de) Vorrichtung zur Ausnutzung der Abwärme von Verdichtern
EP0924410B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe
EP1483483B1 (de) Wärmekraftprozess
EP0778397B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer mit einem Abhitzedampferzeuger und einem Dampfverbraucher kombinierten Gasturbogruppe
DE10335143B4 (de) Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage und dafür geeignete Gasturbinenanlage
DE2847028C2 (de) Brennkraftmaschinenanlage
DE68907191T2 (de) Verfahren und vorrichtung zum optimieren der temperatur der von einer gasturbine angesaugten luft.
EP2447506A2 (de) System zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie
DE102005026534A1 (de) Dampferzeugungsanlage
DE102009025932A1 (de) System zur Rückgewinnung der durch ein Zusatzsystem einer Turbomaschine erzeugten Abwärme
DE10358233A1 (de) Luftspeicherkraftanlage
EP0523466B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
CH702163A2 (de) Verfahren zur Steigerung der Leistungsabgabe eines Gas- und Dampf-Kombikraftwerks während ausgewählter Betriebszeiträume.
DE102020131706A1 (de) System und Verfahren zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit deren Speicherung als Wärmeenergie
WO2011120942A1 (de) Verfahren zum erhöhen des wirkungsgrades einer mit einer gasturbine ausgestatteten kraftwerksanlage sowie kraftwerksanlage zur durchführung des verfahrens
DE19720789B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf
DE10155508C5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie
DE2752283B1 (de) Brennkraftmaschinen Anlage
DE4015104A1 (de) Kombinierte waermekraftanlage
EP2449228A2 (de) Verfahren zum betrieb eines kraftwerks mit einer gasturbinenanlage
DE102007016557A1 (de) Nutzung von Abwärme aus Verbrennungsmotoren zur Stromerzeugung
DE102022132021B4 (de) System und Verfahren zur Energiewandlung und Energiespeicherung
DE102019217996A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Ausspeicherung eines thermischen Energiespeichers, insbesondere eines Schüttgutspeichers
DE3343319A1 (de) Kombinierte gasturbinen-dampfturbinenanlage bzw. gasturbinenanlage
DE2134721A1 (de) Verfahren und einrichtung die unerwuenschte abgabe von waerme an umgebungswasser durch waerme- (atom-) kraftwerke zu vermeiden, verbunden mit verbesserung des kraftwerkleistungsprozesses

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8105 Search report available
8141 Disposal/no request for examination