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DE10358233A1 - Air storage power plant - Google Patents

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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Withdrawn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
German (de)
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/en
Priority to PCT/EP2004/053393 priority patent/WO2005056994A1/en
Publication of DE10358233A1 publication Critical patent/DE10358233A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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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.An air accumulator power plant (1) having a storage tavern (5), compressors (2a, 2b) for compressing air and a turbine (8) connected via a shaft to a generator (G1) is equipped with a steam turbine power plant (10) integrated by means of heat exchangers (20, 24, 30). The air compressed by the compressors (2a, 2b) is passed through heat exchangers (20, 24) and cooled on pipes through which condensate flows out of the condenser of the steam power plant, the condensate warming up. The exhaust gases from the turbine (8) are passed through another heat exchanger (30), wherein feed water flowing through pipes is heated. The overall process of the two power plants is improved by their integration, by the cooling of the air, the power consumption of the compressors (2 a, 2 b) reduced and the storable amount of air is increased. In addition, the heating of the condensate and / or feed water reduces the need for extraction steam for heating water and steam and increases the efficiency of the steam power plant (10).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Luftspeicherkraftanlage sowie eine Dampfkraftanlage und Verfahren zum Betrieb der Anlagen.The The invention relates to an air storage power plant and a steam power plant and method of operating the equipment.

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.Air storage power plants are generally known by the term CAES or "compressed air energy system". Such a power plant is for example in the 1 of the DE 102 35 108 disclosed. With such systems air is compressed in a cavern during periods of low consumption (eg at night and at weekends) by means of a compressor and stored at relatively high pressure. During periods of high power demand, the compressed air is first heated and then expanded in a turbine, which drives a generator. These systems have the advantage that the turbines can be started by the stored air shortly, with virtually the entire turbine power can be transmitted to the generator without the turbine power must be distributed to compressors and generators.

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.At the Fill up The cavern, it is advantageous if the temperature of the air as possible little heated is because on the one hand the power requirements of the compressor with increasing Temperature rises and on the other hand, a lower air temperature due to the smaller air density to a better filling of the Cavern leads.

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.Normally, the cavern air is warmed up before it is directed into the turbines, it being possible for the cavern air to be heated up, for example by means of a recuperator, as in DE 102 35 108 shown. However, such a recuperator must be designed for the large volumes of air and high pressures with the appropriate volume and wall thicknesses.

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.A Alternative is a direct heating of the air in a combustion chamber. Processually, this solution However, only if the hot exhaust gases continue to be beneficial become.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

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.It The object of the present invention is to provide the overall process an air accumulator power plant to improve, in particular with respect to efficient warm-up the air, with the mentioned Disadvantages of the prior art can be avoided.

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.A Air storage power plant has a memory tavern, one or several compressors, and one or more turbines on that up a shaft is connected to a generator. According to the invention is the Air storage power plant integrated with a steam power plant, the a water-steam circuit having a boiler, one or several turbines and a condensation and water treatment algae. In particular, the air-gas cycle of the air accumulator power plant with the water-steam cycle of a steam power plant by means of a or more heat exchangers connected.

Die eine oder mehreren Turbinen der Luftspeicher-Kraftanlage sind Luft- und/oder Gasturbinen, denen gegebenenfalls eine Brennkammer vorgeschaltet ist.The one or more turbines of the air storage power plant are air and / or gas turbines, which optionally upstream of a combustion chamber is.

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.In a first embodiment are one or more heat exchangers on the air side between individual compressors and / or between a compressor and the storage tavern switched and water side switched in the water-steam cycle of the steam turbine power plant. Preferably, the heat exchangers in the water treatment plant between a condenser and connected to the boiler of the steam power plant.

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.During the Compressor operation of the power plant is the compressed air through heat exchange with the condensate flowing in pipes or feed water of the steam power plant cooled. The cooling The compressed air provides the advantage of a reduced power requirement the compressors as well as an increase the air introduced into the storage tavern due to increased air density.

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.Preferably is the mentioned one heat exchangers in terms of the water-steam cycle connected in parallel to a condensate or feedwater heater. This causes the relevant preheater is relieved and less Steam must be taken from the steam turbine, resulting in an increase in the Turbine power allows.

Gesamthaft betrachtet bedeutet die Integration der beiden Kraftanlagen einen Wirkungsgradverbesserung beider Anlagen.overall, considered the integration of the two power plants means one Improvement in the efficiency of both systems.

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 a variant of this first embodiment is the one or the several heat exchangers switched directly into the steam cycle of the steam power plant instead of parallel instead of parallel to the heat exchangers of the water treatment plant.

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 a second embodiment of the invention, an exhaust pipe, which leads away from a turbine of the air storage system, connected to a waste heat boiler, the water side with the What ser-steam cycle of the steam system is connected. The waste heat boiler is used here for heating the feed water and / or condensate. Similar to the above-mentioned embodiment, the preheating of the feedwater / condensate is relieved, so that less steam has to be taken from the turbines and thereby the turbine output is increased.

In einer Variante dieser Ausführung ist der Abhitzekessel dampfseitig direkt mit einer Dampfturbine verbunden. Hier wird der Abhitzekessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf eingesetzt.In a variant of this design the waste heat boiler is directly on the steam side with a steam turbine connected. Here the waste heat boiler is used to produce overheated Steam used.

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.exhaust side is the waste heat boiler with the boiler of the steam turbine power plant connected. The hot exhaust gases are led directly into the boiler and warm up there the combustion air of the boiler.

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 another embodiment the air storage power plant, the turbine is preceded by a combustion chamber, the warming the air serves before it is relaxed in the turbine. A recuperator is not necessary here. In terms of the efficiency of the entire system this is in the inventive power plant acceptable, since the energy of the exhaust gases from the combustion chamber finally for the warming of Feedwater and combustion air are used in the boiler.

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 an inventive Method for operating an air storage power plant is in a or several compressors compressed air via a line in a heat exchanger guided, in which the compressed air in the heat exchange with flowing through pipes condensate from the steam turbine power plant stands, and the cooled there Air over one Lead either in a subsequent compressor or directly in the air storage cavern is conducted.

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.In In another method, the exhaust gases from the turbine through passed a heat exchanger, in which the exhaust gases with flowing through pipes feed water from the Water-steam cycle of the steam turbine plant in heat exchange and then into the boiler and / or via a fireplace into the atmosphere becomes.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Luftspeicher-Kraftanlage integriert mit einer Dampfkraftanlage mit einer Abwärmeeinkopplung der Luftspeicheranlage in die Kondensat- und Speisewasseranlage der Dampfkraftanlage. 1 shows a schematic diagram of an inventive air storage power plant integrated with a steam power plant with a waste heat coupling of the air storage system in the condensate and feedwater system of the steam power plant.

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. 2 shows a schematic diagram of an inventive air storage power plant integrated with a steam power plant with a variant of the waste heat coupling of the air storage system in the lines of the condensate and feedwater system of the steam power plant.

3 zeigt eine Variante der erfindungsgemässen Kraftanlage mit einer Antriebsturbine für den Verdichterantrieb. 3 shows a variant of the inventive power plant with a drive turbine for the compressor drive.

4 zeigt eine weitere Variante der integrierten Kraftanlagen mit einem zusätzlichen Dampferzeuger. 4 shows a further variant of the integrated power plants with an additional steam generator.

Ausführung der ErfindungExecution of the invention

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. 1 shows schematically a bordered with dashed line accumulator power plant 1 as known in the art and a likewise dotted line conventional steam turbine 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.The air storage system 1 essentially has several compressors in series 2a and 2 B , which are driven by means of a motor M. (Only a single compressor can be used). During compressor operation compressors compress 2a us 2 B Air from the atmosphere 3 to a pressure of typically 60 to 100 bar. The compressed air is supplied via a pipe 4 in a storage tavern 5 directed. or expansion mode of the air storage power plant are the compressors 2a . 2 B not in use. In turbine operation, the stored compressed air from the cavern 5 over a line 6 in a combustion chamber 7 in which it is heated using fuel. The resulting hot gas is in the turbine 8th that over a wave 9 connected to a generator G1 until it expands to near atmospheric pressure. Depending on the design of the system, a reheating of the gas in an additional combustion chamber is possible.

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.The steam power plant 10 is a conventional power plant of its kind with a boiler 11 , High and low pressure steam turbines 12 respectively. 13 that over a wave 17 are connected to a generator G2, a capacitor 15 and the condenser downstream condensate and feedwater pre-heater 15 and 16 , The preheaters 15 and 16 represent condensate and feedwater pre-heaters, which may be present in varying numbers depending on the application. From the high pressure and low pressure turbines 12 respectively. 13 each lead a steam extraction line 18 and 19 to the preheaters 16 respectively. 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.As mentioned above, a cooling of the air to be compressed as well as the compression The air is desirable because the power requirement of a compressor at lower temperature is favored and larger amounts of air at lower temperatures can be stored. For the purpose of cooling the compressed air according to the invention between the two successively connected compressors 2a and 2 B a heat exchanger 20 and after the second compressor 2 B and in front of the storage tavern 5 another heat exchanger 24 connected to the heat exchanger 20 is switched upstream. The compressed air thus first flows through the heat exchanger 20 and then the heat exchanger 24 , The heat exchangers 20 . 24 are water side with the water-steam cycle of the steam system by means of the lines 25 and 26 , preferably parallel to the condensate preheater 15 , switched.

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.The heat exchangers 15 and 16 each have a plurality of tubes through which the condensate from the condenser 14 from the steam plant flows. The air from the compressor 2a is over the line 21 in the heat exchanger 20 passed, in which it flows around the tubes and thereby cools, with a cooling, for example, in a temperature range of 100 to 400 ° C is achieved. As the air cools down, the power requirement of the compressor is reduced proportionally to the absolute air temperature. The cooled air is then over the line 22 the following compressor 2 B fed.

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.The compressed air from the compressor 2 B will be over line 23 for further cooling in the heat exchanger 24 of the heat exchanger 20 upstream on the water side, and after passing through the line 4 in the storage tavern 5 directed. The heat exchanger 24 serves to cool to a temperature in the range of for example 400 ° C up to 70 ° C. This provides an increase in the amount of air to be stored according to the ratio of the absolute air temperatures.

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.The heat exchange heats the condensate flowing through the tubes of the heat exchangers, so that the heat exchanger 15 less extraction steam from the turbine 13 must be directed. This has a positive effect on the efficiency of the turbine 13 out. The integration of the two power plants by means of the heat exchangers 21 and 24 provides during the compressor operation of the air storage system an efficiency advantage for both systems.

Die Anzahl Wärmetauscher zur Abkühlung der Luft ist an sich beliebig, wobei die Anzahl Apparate gegen den Leistungsgewinn abgewogen werden muss.The Number of heat exchangers to cool the Air is arbitrary in itself, with the number of apparatuses against the performance gain must be weighed.

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.During turbine operation of the air storage system, the two systems are advantageously provided by a further heat exchanger 30 integrated, more precisely, a waste heat exchanger. This is water side in the water-steam cycle of the steam system via lines 31 and 32 switched, preferably in parallel with the preheater 16 , In a variant of this embodiment, the condensate preheating is exclusively via the heat exchangers 20 and 24 realized.

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.The hot exhaust gases are after their relaxation in the turbine 8th via an exhaust pipe 33 in the waste heat exchanger 30 in which they flow around pipes through which the feed water of the steam system flows and is heated. This is the need for extraction steam from the turbine 12 over the line 18 decreases, whereby the efficiency of the turbine 12 is increased accordingly. When using the waste heat from the turbine about 40% of the turbine power can be coupled to heat energy in the water-steam cycle and used to preheat the water. The additional power that is achieved by the waste heat exchanger is relatively high, since the heat exchange takes place at a higher temperature level.

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.During turbine operation, the two plants can also be integrated by means of a further circuit of the heat recovery heat exchanger with respect to the steam power plant. The waste heat exchanger and / or one of the heat exchangers for cooling the compressed air is used in this variant for generating superheated steam. Depending on the existing pressure level and the prevailing state of aggregation after the heating of the steam via a line from the waste heat exchanger and / or heat exchanger for cooling the compressed air either in front of the boiler superheater in the boiler 11 or directly in front of one of the turbines 12 or 13 fed. This variant increases the generator power G2 by increasing the mass flow.

Die Abgase werden nach Austritt aus dem Abhitzewärmetauscher 30 über die Leitung 34 direkt in den Kessel 11 geleitet, wo sie die Verbrennungsluft anwärmen.The exhaust gases are discharged from the waste heat exchanger after exiting 30 over the line 34 directly into the kettle 11 where they heat the combustion air.

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. 2 shows a variant of in 1 shown integrated power plant. It differs from the plant of 1 in the order of air flow through the heat exchangers used as air cooler 20 and 24 , The order of Luftdruchströmung the heat exchanger 24 and 20 So is compared to the investment in 1 In terms of the pressure level of the compressed air swapped, by first compressed air from the compressor 2a through the heat exchanger 24 and then the compressor 2 B is supplied. The in compressor 2 B compressed air is then the heat exchanger 20 for further cooling and finally into the cavern 5 guided. As a rule, the compressor air is hotter than the air in the pipe 21 , This arrangement is thermodynamically cheaper for the heat exchange with the condensate and thus for the efficiency of the water-steam cycle.

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. 3 shows another variant of the plant of 2 that drive a drive turbine to drive the compressors 27 instead of a motor. The drive turbine, for example, fed directly from the steam network of the water-steam cycle, with their exhaust steam is passed directly into the condenser. The tapping point for the required steam and the point of return of the exhaust steam are arbitrary, and can be optimized depending on the system. The arrangement with drive turbine achieves a higher overall efficiency, since at least the transmission losses of the necessary electric current for driving the compressor motor in the system of 2 omitted.

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. 4 shows a plant after 1 However, they have an additional steam generator 38 to which from the turbine 8th a line 33 leads. It is used for the direct generation of steam from the hot exhaust gases from the turbine B. The steam directly generated is via line 40 into the live steam flow to the turbine 12 and / or via wire 39 in the steam flow to the second turbine 13 guided.

Kraftanlagen mit verschiedenen Kombinationen der hier dargestellten Varianten sind auch realisierbar.turbines with different combinations of the variants shown here are also feasible.

11
Luftspeicher-Kraftanlage Air energy storage power plant
2a,2b2a, 2b
Kompressorencompressors
33
Lufteinlass air intake
44
Leitung zur Speicherkavernemanagement to the storage tavern
55
Speicherkaverne storage cavern
66
Leitung zu Brennkammermanagement to combustion chamber
77
Brennkammercombustion chamber
88th
Turbineturbine
99
Welle wave
1010
Dampfturbinen-KraftanlageCycle power plant
1111
Kessel boiler
1212
HochdruckturbineHigh-pressure turbine
1313
Niederdruckturbine Low-pressure turbine
1414
Kondensatorcapacitor
1515
Wärmetauscher/Kondensatvorwärmer Heat exchanger / condensate
1616
Wärmetauscher/SpeisewasservorwärmerHeat exchanger / feedwater
1717
Welle wave
1818
EntnahmedampfleitungExtraction steam line
1919
Entnahmedampfleitung Extraction steam line
2020
Wärmetauscherheat exchangers
2121
Leitungmanagement
2222
Leitungmanagement
2323
Leitung management
2424
Wärmetauscherheat exchangers
2525
Kondensatleitung condensate line
2626
Kondensatleitungcondensate line
3030
Wärmetauscher heat exchangers
3131
SpeisewasserleitungFeedwater line
3232
Speisewasserleitung Feedwater line
3333
Abgasleitungexhaust pipe
3434
Abgasleitung exhaust pipe
3535
Leitungmanagement
3636
Kamin fireplace
G1G1
Generatorgenerator
G2G2
Generatorgenerator
MM
Motorengine
T T
Turbine zum Antrieb der Kompressorenturbine to drive the compressors

Claims (16)

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.An air accumulator power plant ( 1 ) has an air-gas circuit with a memory tavern ( 5 ), one or more compressors ( 2a . 2 B ) and one or more turbines ( 8th ), which are connected via a shaft to a generator (G1), characterized in that the air accumulator power plant ( 1 ) with a steam turbine power plant ( 10 ), which is a water-steam cycle with a boiler ( 11 ), one or more turbines ( 12 . 13 ), which are connected to a generator (G2), and a water treatment plant, wherein the air-gas circuit of the air storage power plant ( 1 ) with the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) by means of one or more heat exchangers ( 20 . 24 . 30 ) is switched. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that one or more heat exchangers ( 20 . 24 ) water side in the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) and air side in the air flow of the compressors ( 2a . 2 B ) are switched for cooling of compressed air. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the one or more heat exchangers ( 20 . 24 ) is connected in parallel to a condensate or feedwater preheater of the water-steam cycle or is connected directly in the water-steam cycle. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 3, characterized in that in the flow direction of the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) first heat exchanger ( 24 ) on the air side between the outlet of a compressor ( 2 B ) and the storage tavern ( 5 ), and in the flow direction of the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) second heat exchanger ( 20 ) on the air side between a first compressor ( 2a ) and a second compressor ( 2 B ) in the direction of the air flow through the compressors ( 2a . 2 B ) is switched. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 3 characterized in that in the flow direction of the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) first heat exchanger ( 24 ) on the air side between a first compressor ( 2a ) and a second compressor ( 2 B ) in the direction of the air flow through the compressors ( 2a . 2 B ), and in the flow direction of the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) second heat exchanger ( 20 ) on the air side between the outlet of a compressor ( 2 B ) and the storage tavern ( 5 ) is switched. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspeicher-Kraftanlage (1) einen Motor (M) zum Antrieb der Kompressoren (2a, 2b) aufweist.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the air accumulator power plant ( 1 ) a motor (M) for driving the compressors ( 2a . 2 B ) having. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspeicher-Kraftanlage (1) eine Turbine (27) zum Antrieb der Kompressoren (2a, 2b) aufweist.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the air accumulator power plant ( 1 ) a turbine ( 27 ) for driving the compressors ( 2a . 2 B ) having. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a heat exchanger ( 30 ) on the gas side in an exhaust pipe ( 33 ) between the outlet of a turbine ( 8th ) and the boiler ( 11 ) of the steam turbine power plant ( 10 ) and water side for heating water in the water-steam cycle of the steam turbine is connected. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a heat exchanger ( 30 ) on the gas side in an exhaust pipe ( 33 ) between the outlet of a turbine ( 8th ) and a kettle ( 11 ) of the steam turbine power plant ( 10 ) and steam side for generating superheated steam in the water-steam cycle of the steam power plant is connected and directly to a steam turbine ( 12 . 13 ) of the steam power plant is connected. Luftspeicher-Kraftanlage (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (30) ein Abhitzewärmetauscher (30) ist.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the heat exchanger ( 30 ) a waste heat exchanger ( 30 ). 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the waste heat exchanger ( 30 ) parallel to a feedwater pre-heater ( 16 ) in the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) is switched. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 2 or 8, characterized in that the waste heat exchanger ( 30 ) and / or from a heat exchanger ( 20 . 24 ) for cooling the compressed air a line to the boiler ( 11 ) or to a turbine ( 12 . 13 ) of the steam power plant ( 10 ) leads to the conduction of superheated steam. 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.Air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the one or more turbines ( 8th ) of the air accumulator power plant ( 1 ) a steam generator ( 38 ), from which one or more steam lines ( 39 . 40 ) each to a turbine ( 12 . 13 ) of the steam power plant ( 10 ) to lead. 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.Method for operating an air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that compressed and / or compressed air is cooled by heat exchange with flowing in pipes water from the water-steam cycle of a steam turbine power plant and water is heated from the water-steam cycle in this heat exchange. 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.Method for operating an air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that water or steam of the water-steam cycle of the steam power plant ( 10 ) by heat exchange with exhaust gases from the turbine ( 8th ) and the exhaust gases from the combustion air in the boiler ( 11 ) of the steam power plant ( 10 ) are mixed. 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.Method for operating an air accumulator power plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that steam of the water-steam cycle of the steam power plant by heat exchange with exhaust gases from the turbine ( 8th ) is overheated.
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