DD292951A5 - Verfahren und einrichtung zum betreiben eines spitzenlastkraftwerkes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines Spitzenlastkraftwerkes mit einem pneumatischen Druckspeicher, einer Gasturbinenanlage und einer Kohlenstaubdruckvergasungsanlage zur Brenngaserzeugung. Dabei wird staendig Brenngas in solchen taeglichen Mengen bemessen erzeugt, die dem Verbrauch in den Spitzenbelastungszeiten des Tages entsprechen. Dieses Brenngas wird in einer Kaverne gespeichert und in Spitzenbelastungszeiten der Kaverne und der Gaserzeugungsanlage direkt entnommen zum Betrieb der Gasturbinenanlage. Die bei der Brenngaserzeugung als auch beim pneumatischen Aufladebetrieb in der nachfolgenden Kuehlphase entstehende Kuehlabwaerme wird einem zusaetzlichen Verbraucher zugefuehrt. Figur{Spitzenlastkraftwerk; pneumatischer Druckspeicher; Gasturbinenanlage; Brenngaserzeugung, bemessen; Kaverne, speichern; Kuehlabwaerme; zusaetzlicher Verbraucher; Zufuehren}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines Spitzenlastkraftwerkes auf der Basis von Kohlevergasung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bereits bekannt, daß aus der Kohlevergasung gewonnenes Brenngas verbrannt und die dadurch erzeugten Verbrennungsgase in einer Energieumwandlungsstufe zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet werden (DE-OS 2809527). Dabei werden von der Energieumwandlungsstufe heiße Abgase entzogen, diesen Wärme entnommen, die Wärme in Wärmespeicherstufen eingeleitet und von dort in Spitzenbedarfszeiten turn Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet, wobei ein Wärmetauschgas zur Übertragung der Wärme verwendet wird. Als Wärmespeichermedien werden anorganische chemische Verbindungen oder Hydroxide verwendet. Zur Gewährleistung der Speicherbarkeit der Wärme muß dazu ein erheblicher Aufwand getrieben werden und es ist ein großer Platzbedarf zu verzeichnen. Nach einer anderen bekannten technischen Lösung (DE-OS 3114984) wird aus der Kohlevergasung Synthesegas gewonnen und dieses in Gasturbinen verbrannt sowie die Abhitze der Gaserzeugung mittels Dampfturbinen zur Elektroenergieerzeugung verwendet. Dabei wird ein Teil des erzeugten Synthesegases einer Methanolsyntheseanlge zugeführt. Das so produzierte Methanol wird zum Ausgleich der Lastspitzen in Gasturbinenanlagen verbrannt oder bei überschüssigem Anfall als Rohstoff verkauft. Dabei macht sich eine zusätzliche Veredlungsstufe erforderlich, so daß der Aufwand beträchtlich steigt. Es ist weiterhin bekannt, in Zeiten geringer Netzbelastungen mittels überschüssiger Elektroenergie Luft zu verdichten und zu speichern (DE-AS 1207712) um diese in Spitzenbelastungszeiten einer Gasturbinenanlage zum Antrieb von Generatoren für die Energieerzeugung zuzuführen. Dabei muß jedoch in der Brennkammer der Gasturbinenanlage eine Verbrennung erfolgen, zu der speziell zugeführtes Brenngas, in der

Regel aus dem öffentlichen Versorgungsnetz, erforderlich wird. Dies bedingt eine Abhängigkeit von diesem Netz, das in Spitzenbelastungszeiten für Elektroenergie zu meist auch stark belastet ist.

Ziel der Erfindung " · Die Erfindung bezweckt eine von äußeren Faktoren weniger beeinflußte aufwandsärmere Erzeugung von Spitzenlastenergie. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer weitgehend eigenständigen Versorgungsbasis rationell Spitzenlastenergie erzeugen zu können, ohne daß der Erzeugungsprozeß verfahrenstechnisch zu aufwendig verläuft und ohne auf besonders große Energiespeicher zurückgreifen zu müssen. Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß auf der Basis eines pneumatischen Druckspeicherkraftwerkes mit einer Gasturbinenanlage das Brenngas für die Gasturbinenbrennkammer in solcher Menge täglich erzeugt wird, die dem maximalen Gasverbrauch in den täglichen Spitzenbelastungszeiten entspricht. Hierzu findet eine anlagenoigene Kohlenstaubdruckvergasungsanlage Anwendung, die auf diese Gasmenge dimensioniert ist. Das darin erzeugte Gas wird außerhalb der Spitzenbelastungszeiten zum Speichern einer Kaverne zugeführt und in den Spitzenbelastungszeiten von der Vergasungsanlage direkt und aus der Kaverne zur Gasturbinenbrennkammer geleitet. Daneben wird sowohl die bei der Gaserzeugung anfallende Kühlungsabwärme als auch die beim pneumatischen Aufladebetrieb, insbesondere bei der dazu notwendigen Luftabkühlung, freiwerdende Wärme einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt.

Dieser kann auf ein Fernwärmenetz oder einer zusätzlichen Prozeßdampferzeugung bezogen sein.

Hierzu ist gomäß der Erfindung vorgesehen, daß von der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage eine Verbindung als Gasleitung zu einer Kaverne und von da aus zur Brennkammer der Gasturbinenanlage verläuft. Außerdem ist eine Direktverbindung zwischen Kohlenstaubdruckvergasungsanlage und Brennkammer vorgesehen. In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung sind Wärmeübertragerkreisläufe zwischen dem gemeinsamen Verbraucher einerseits sowie dem Zwischenkühler nach der Verdichterstation und der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage andererseits angeordnet, wobei an letzterer sich dies jeweils getrennt auf den Strahlungskühler am Reaktor und dan Konvektionskühler bezieht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher dargestellt und beschrieben. In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung gegeben. Wie daraus hervorgeht, sind von einer Kohlenstaubdruckvergasungsanlage 1 die drei Hauptbestandteile Reaktor 1 a, Konvektionskühler 1 b und Gasreinigung 1 c angedeutet. Nicht erwähnt, da hinreichend bekannt, sind alle üblichen Versorgungsstrecken hierzu. Von der Gasreinigung 1 c geht eine Gasleitung 2 für das in der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage 1 erzeugte Brenngas aus. Sie verzweigt sich in eine Gasleitung 2a, die zu einer Kaverne 3 zum Speichern des Brenngases führt, die als Hochdruckkaverne mit einor nicht dargestellten Druckerhöhung ausgeebildet ist, und in eine Gasleitung 2 b, die zur Brennkamemr 4 einer Gasturbinenanlage mit der Gasturbine 5 geleitet ist. Außerdem führt eine Gasleitung 2c mit einer nicht dargestellten Druckminderung von der Kaverne 3 zur Brennkammer4, wobei sich die Gasleitungen 2b und 2c iweckmäßigerweise vor Eintritt in die Brennkammer 4 vereinigen. Die Gasleitungen 2 a, 2 b und 2c sind mittels Ventilen 16,17 und 18 verschließbar. Weiterhin ist eine Verdichterstation 8 für atmosphärische Luft vorgesehen, die auf nicht gezeigte Weise mit dem Energienetz in Verbindung steht und mittels Nachtstrom betrieben werden kann. Ihr schließt sich ein Zwischenkühler 8a für die verdichtete Luft an und von diesem aus führt eine mittels Ventil 19 verschließbare Luftleitung 9 zu einem als Gleitdruckspeicher ausgebildeten Speicher 10 für die verdichtete Luft, der zweckmäßigerweise unterirdisch angeordnet ist. Von diesem Speicher 10 führt eine mittels Ventil 20 verschließbare Luftleitung 11 zur Brennkammer. Letztere ist abgasseitig mit der Gasturbine 5 verbunden, von der aus das Abgas zur angedeuteten Abgasverwertung 6 gelangt. Diese ist nicht näher ausgoführt. Ein Beispiel für einen Teil ihrer Nutzung bildet der Betrieb eines Wärmetauschers zum Erwärmen der Brennkammer 4 in der Luftleitung 11 zufließenden noch im gekühlten Zustand befindlichen verdichteten Luft. Die Gasturbine 5 ist abtriebsseitig mit einem Generator 7 gekoppelt, der zur Erzeugung von Lastspitzenenergie vorgesehen und so auf nicht näher gezeigte Weise dem Energienetz zuschaltbar ist. Weiterhin ist ein zusätzlicher Verbraucher 12 vorgesehen, beispielsweise als Prozeßdampferzeuger oder Kessel für eir Fernwärmenetz. Dieser Verbraucher 12 ist mittels eines Wärmeübertragerkreislaufes 14 mit dem Reaktor 1 a, mittels eines Wärmeübertragerkreislaufes 15 mit dem Konvektionskühler 1 b und mittels eines Wärmeübertragerkreislaufes 13 mit dem Zwischenkühler 8a verbunden

Die Erfindung funktioniert wie folgt:

In Zeiten geringer Netzbelastung wird mittels überschüssiger Energie, also zum Beispiel billigem Nachtstrom, die Verdichterstation 8 und der Zwischenkühler 8a betrieben, wodurch Luft verdichtet und abgekühlt durch die Luftleitung 9 bei geöffnetem Ventil 19 und geschlossenem Ventil 20 in den Speicher 10 transponiert und dort abgespeichert wird. Nach ausreichender Füllung des Speichers 10 können Verdichterstation 8 und Zwischenkühler8a wieder abschalten und Ventil 19 wird geschlossen. Währenddessen und ständig ist die Kohlenstaubdruckvergasungsanlage 1 nach allgemein üblicher und deshalb nicht näher beschriebener Weise in Betrieb. Das dabei im Reaktor 1 a erzeugte Rohgas wird im Strahlungskühler 1 b weitgehend abgekühlt und in der Gasreinigung 1 c zu verwertbarem Brenngas gereinigt. Von da aus gelangt es in die Gasleitung 2 und bei geöffnetem Ventil 16 und geschlossenen Ventilen 17 und 18 in NichtSpitzenbelastungszeiten durch den abzweigenden Strang in der Gasleitung 2a in dib Kaverne 3 zur Speicherung.

In den Spitzenbelastungszeiten werden nun die Ventile 17 und 18 sowie 20 geöffnet und zweckmäßigerweise das Ventil 16 geschlossen. Damit gelangt Brenngas sowohl direkt aus der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage 1 durch die Gasleitung 2b eis auch aus der Kaverne 3 durch die Gasleitung 2c und von da aus einmündend auf die Gasleitung 2 b sowie Druckluft aus dem Speicher 10 durch die Luftleitung 11, zweckmäßigerweise auf nicht dargestellte Weise noch vorerwärmt, in die Brennkammer 4.

Dort wird das Brenngas-Luft-Gemisch verbrannt und die heißen Verbrennungsgase treiben die Gasturbine 5 an, nach derem Durchlauf sie dann zur Abgasverwertung 6 gelangen. Durch die Gasturbine 5 wird der Generator 7 betrieben, von wo aus die dort erzeugte Elektroenergie als Spitzenlastenergie dem Netz zugeführt wird. Die Bemessung der Erzeugungskapazität der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage 1 auf eine tägliche Gasmenge, dje dem Verbrauch zur Spitzenenergieerzeugung in den täglichen Spitzenbelastungszeiten entspricht, gewährleistet das Auskommen mit einer solchen Kaverne 3, die keinen zu hohen Raumbedarf bedingt. Außerdem werden wichtige im Rahmen des Gesamtprozesses anfallende frei werdende Wärmeenergien sinnvoll mit verwertet. Dies erfolgt im Verbraucher 12, indem die Strahlungsabwärme des Reaktors 1 durch den Wärmeübertragerkreislauf 14, die Abwärme des Konvektionskühlers 1 b durch den Wärmeübertragerkreislauf 15 sowie bei dessen Betrieb die Abwärme des Zwischenkühlers 8b durch den Wärmeübertragerkreislauf 13 auf diesen Verbraucher 12 übertragen und dort nutzbar gemacht werden. Hierzu ist es auch möglich, mindestens einen Teil der Abwärme aus der Abgasverwertung 6 mit heranzuziehen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben eines Spitzenlastkraftwerkes, das von einem pneumatischen Druckspeicher und einer Gasturbinenanlage in Verbindung mit einer Brenngaserzeugung ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Brenngas für die Gasturbinenanlage in einer ständig betriebenen kraftwerkszugehörigen Kohlenstaubdruckvergasungsanlage (1) täglich in solcher Menge erzeugt wird, die dem Gasverbrauch in den täglichen Spitzenbelastungszeiten entspricht,

- dieses erzeugte Brenngas außerhalb der Spitzenbelastungszeiten zum Speichern einer Kaverne (3) und in den Spitzenbelastungszeiten von der Kaverne (3) aus und direkt von der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage (1) aus der Brennkammer (4) der Gasturbinenanlage zugeführt wird,

- und sowohl die bei der Brenngaserzeugung als auch bei der Zwischenkühlung nach dem pneumatischen Aufladebetrieb entstehende Kühlabwärme einen Verbraucher (12) zur zusätzlichen Nutzung zugeführt wird.

2. Einrichtung zum Betreiben eines Spitzenlastkraftwerkes mit einem pneumatischen Druckspeicher, einer Gasturbinenanlage und einer Kohlenstaubdruckvergasungsanlage zur Brenngaserzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubdruckvergasungsanlage (1) so dimensioniert ist, daß ihre tägliche Gaserzeugungskapazität der Menge des maximalen Brenngasverbrauches in den Spitzenbelastungszeiten des Tages entspricht und daß von der Kohlenstaubdruckvergasungsanlage (1) eine Verbindung als Gasleitung (2a) zu einer Kaverne (3) und von da aus als Gasleitung (2c) zur Brennkammer (4) für eine Gasturbine (5) verläuft sowie eine Direktverbindung als Gasleitung (2 b) zwischen Kohlenstaubdruckvergasungsanlage (1) und Brennkammer (4) besteht und daß Wärmeübertragerkreisläufe (13; 14; 15) zwischen einen zusätzlichen Verbraucher (12) einerseits und andererseits dem Reaktor (1 a) und dem Konvektionskühler (1 b) der Kohlenstaubvergasungsanlage (1) sowie dem Zwischenkühler (8a) nach der Verdichterstation (8) für den pneumatischen Aufladebetrieb angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Gasleitungen (2 a; 2 b; 2 c) durch ein Ventil (16; 17; 18) verschließbar ist, wobei die Ventile (17; 18) vor der Brennkammer (4) alternativ zum Ventil (16) vor der Kaverne (3) geschlossen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (12) ein zusätzlicher Dampferzeuger ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (12) ein Heizwasserkessel für ein Fernwärmenetz ist.