DE102016220634A1 - Waste heat power plant with gradual heat supply - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180). Das System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180) weist einen ersten Kreisprozess (170) und einen zweiten Kreisprozess (180) auf. Der erste Kreisprozess (170) weist eine erste Turbine (110) auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess (180) weist eine zweite Turbine (120) auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Ferner weist das System (100) eine erste Koppelstelle (111) an der ersten Turbine (110) und eine zweite Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) auf, wobei die zweite Koppelstelle (142) mit der ersten Koppelstelle (111) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Das System (100) weist ferner eine dritte Koppelstelle (113) an der ersten Turbine (110) auf, wobei die dritte Koppelstelle (113) stromaufwärts von der ersten Koppelstelle (111) angeordnet ist, und weist eine vierte Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) auf. Die vierte Koppelstelle (144) ist mit der dritten Koppelstelle (113) derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.

Figure DE102016220634A1_0000
The present invention relates to a system (100) for coupling cycle processes (170, 180). Furthermore, the present invention relates to a method for coupling cycle processes (170, 180). The system (100) for coupling cycle processes (170, 180) has a first cycle (170) and a second cycle (180). The first cycle (170) has a first turbine (110) and is operable with a first working fluid. The second cycle (180) has a second turbine (120) and is operable with a second working fluid. Furthermore, the system (100) has a first coupling point (111) on the first turbine (110) and a second coupling point (142) in the second circular process (180) upstream of an inlet (122) of the second turbine (120) second coupling point (142) with the first coupling point (111) is coupled such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. The system (100) further includes a third coupling point (113) on the first turbine (110), the third coupling point (113) being located upstream of the first coupling point (111), and having a fourth coupling point (144) in the first second cycle (180) downstream of the second coupling point (142) and upstream of the inlet (122) of the second turbine (120). The fourth coupling point (144) is coupled to the third coupling point (113) such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.
Figure DE102016220634A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Koppeln von Kreisprozessen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen.The present invention relates to a system for coupling cycle processes. Furthermore, the present invention relates to a method for coupling cyclic processes.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Moderne Abwärme-Kraftanlagen, beispielsweise Organic Rankine Cycle (ORC) Anlagen benötigen eine Wärmezufuhr, um eine Zustandsänderung des Kreislaufmediums, beispielsweise des ORC Mediums zu erreichen und somit eine Energieumwandlung in einer Expansionsmaschine zu ermöglichen. Diese Wärmezufuhr erfolgt dabei oft im Gegenstrom zum wärmeführenden Medium, um den Wärmeinhalt möglichst gut nutzen zu können.Modern waste heat power plants, such as Organic Rankine Cycle (ORC) plants require heat to achieve a change in state of the circulation medium, such as the ORC medium and thus to allow energy conversion in an expansion machine. This heat supply is often carried out in countercurrent to the heat-conducting medium in order to use the heat content as well as possible.

Eine Kopplung einer Dampfturbine und einer ORC Anlage wird gerade in Fällen verwendet, wenn das Arbeitsfluid der Dampfturbine am Auslass der Dampfturbine noch eine ausreichend hohe Temperatur und somit ausreichend Wärmeenergie zum Betreiben einer ORC Anlage aufweist, welche grundsätzlich ein zur Verfügung stehendes geringeres Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und Wärmesenke benötigt als eine mit Wasserdampf angetriebene Dampfturbine.A coupling of a steam turbine and an ORC system is used precisely in cases when the working fluid of the steam turbine at the outlet of the steam turbine still has a sufficiently high temperature and thus sufficient heat energy to operate an ORC system, which basically has a lower available temperature gradient between the heat source and Heat sink needed as a steam driven steam turbine.

Bei der Kopplung erfolgt die Wärmezufuhr an die ORC Anlage aus dem Dampfturbinenprozess bei einem bestimmten Zustand des Arbeitsfluides, beispielsweise bei einem vorgegebenen Druck oder einer vorgegebenen Temperatur, durch Nutzung der Kondensationsenthalpie, beispielsweise am Ende der Dampfturbinenexpansion. Hierbei unterscheiden sich die Temperatur des Arbeitsfluides der Dampfturbine und die Temperatur des Arbeitsfluides der ORC Anlage. Mit anderen Worten wird die Dampfturbine auf einem höheren Temperaturniveau betrieben als die ORC Anlage.When coupling, the heat is supplied to the ORC plant from the steam turbine process at a certain state of the working fluid, for example at a predetermined pressure or a predetermined temperature, by using the enthalpy of condensation, for example, at the end of the steam turbine expansion. Here, the temperature of the working fluid of the steam turbine and the temperature of the working fluid of the ORC plant differ. In other words, the steam turbine is operated at a higher temperature level than the ORC plant.

3 zeigt beispielsweise die Temperatur als Funktion der Wärmemenge zum einen eines Wärmeträgers 310 (als gestrichelte Linie dargestellt), wie beispielsweise ein Abgas, und zum anderen die Temperatur des Arbeitsfluides der ORC Anlage 320 (als durchgehende Linie dargestellt). Diese in 3 gezeigten Temperaturen stellen die im ORC Prozess erreichbare Endtemperatur dar. 3 shows, for example, the temperature as a function of the amount of heat on the one hand a heat carrier 310 (shown as a dashed line), such as an exhaust gas, and on the other hand, the temperature of the working fluid of the ORC system 320 (shown as a solid line). This in 3 shown temperatures represent the final temperature achievable in the ORC process.

Der Wärmeträger wie beispielsweise ein Abgas, weist bei jeder Wärmemenge eine höhere Temperatur auf als das ORC Arbeitsfluid.The heat transfer medium, such as an exhaust gas, has a higher temperature than the ORC working fluid with each heat quantity.

4 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Kondensation von Wasserdampf 410 (als gestrichelte Linie dargestellt), wobei die Temperatur in Grad Celsius als Funktion der Wärmemenge in Joule aufgetragen ist. Zusätzlich ist ein Verlauf der Temperatur eines Arbeitsfluides einer ORC Anlage 420 (als durchgehende Linie dargestellt) gezeigt, wobei ebenfalls die Temperatur in Grad Celsius als Funktion der Wärmemenge aufgetragen ist. Zusätzlich ist an einer beispielhaften Stelle gezeigt, dass die Temperatur der Kondensation von Wasserdampf, welcher als Arbeitsfluid verwendet wird, sehr viel höher liegt als die Temperatur des Arbeitsfluides der ORC Anlage, so dass diese Differenz einen Verlust von Arbeitsfähigkeit, einen sogenannten Exergieverlust 430, darstellt. Der Exergieverlust beruht auf der Temperaturdifferenz zwischen dem kondensierten Wasserdampf und der Temperatur des ORC Mediums. 4 shows by way of example a course of the condensation of water vapor 410 (shown as a dashed line), wherein the temperature in degrees Celsius is plotted as a function of the amount of heat in Joule. In addition, a graph of the temperature of a working fluid of an ORC system 420 (shown as a solid line) is shown, wherein also the temperature in degrees Celsius is plotted as a function of the amount of heat. In addition, at an exemplary location, it is shown that the temperature of condensation of water vapor used as the working fluid is much higher than the temperature of the working fluid of the ORC plant, so that this difference represents a loss of workability, a so-called exergy loss 430 , Exergy loss is due to the temperature difference between the condensed water vapor and the temperature of the ORC medium.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirkungsgrad miteinander gekoppelter Kreisprozesse zu erhöhen. It is an object of the present invention to increase an efficiency of interconnected cycle processes.

Diese Aufgabe wird mit einem System zum Koppeln von Kreisprozessen und mittels eines Verfahrens zum Koppeln von Kreisprozessen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved with a system for coupling cyclic processes and by means of a method for coupling cyclic processes according to the independent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Koppeln von Kreisprozessen beschrieben. Das System weist einen ersten Kreisprozess und einen zweiten Kreisprozess auf. Der erste Kreisprozess weist eine erste Turbine auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess weist eine zweite Turbine auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Ferner weist das System eine erste Koppelstelle an der ersten Turbine und eine zweite Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromaufwärts eines Einlasses der zweiten Turbine auf, wobei die zweite Koppelstelle mit der ersten Koppelstelle derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Das System weist ferner eine dritte Koppelstelle an der ersten Turbine auf, wobei die dritte Koppelstelle stromaufwärts von der ersten Koppelstelle angeordnet ist, und weist ferner eine vierte Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der zweiten Koppelstelle und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine auf. Die vierte Koppelstelle ist mit der dritten Koppelstelle derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.According to a first aspect of the present invention, a system for coupling cycle processes is described. The system has a first cycle and a second cycle. The first cycle process has a first turbine and is operable with a first working fluid. The second cycle process has a second turbine and is operable with a second working fluid. Furthermore, the system has a first coupling point on the first turbine and a second coupling point in the second cycle upstream of an inlet of the second turbine, wherein the second coupling point is coupled to the first coupling point such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid transferable is. The system further includes a third coupling location on the first turbine, the third coupling location located upstream of the first coupling location, and further includes a fourth coupling location in the second cycle downstream of the second coupling location and upstream of the inlet of the second turbine. The fourth coupling point is coupled to the third coupling point such that thermal energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.

Der Kreisprozess ist insbesondere ein thermodynamischer Kreisprozess. Beispielsweise kann der Kreisprozess ein Dampfturbinenkreisprozess, ein Organic Rankine Kreisprozess oder ein CO2-Kreisprozess sein. Der Kreisprozess stellt insbesondere ein geschlossenes System dar, in welchem eine Folge von Zustandsänderungen eines Arbeitsfluides periodisch hintereinander ablaufen. Dabei wird immer wieder, insbesondere einmal pro Prozessdurchlauf, ein Ausgangszustand erreicht, welcher durch die in ihm herrschenden Zustandsgrößen des Arbeitsfluides gekennzeichnet ist. Typische Zustandsgrößen, welche im Kreisprozess von Bedeutung sind, sind insbesondere Dichte, Temperatur oder Druck des Arbeitsfluides. Im Kreisprozess wird Wärmeenergie in Arbeit umgewandelt, indem dem Arbeitsfluid Wärme (bzw. Energie) zugeführt wird, welches anschließend in der Turbine entspannt und die Turbine antreibt. In der Turbine wird ein Teil der Wärmeenergie des Arbeitsfluides in kinetische Energie umgewandelt und eine Turbinenwelle angetrieben. Die kinetische Energie der Turbinenwelle wird zur weiteren Umwandlung bzw. Verwendung, insbesondere an einen Generator, bereitgestellt. Nach dem Durchlaufen der Turbine wird dem Arbeitsfluid Wärme entzogen, beispielsweise in einem Kondensator, Enthitzer, Wärmetauscher oder einem Rekuperator. Somit steht das Arbeitsfluid wieder für einen erneuten Durchlauf des Kreisprozesses zur Verfügung.The cycle is in particular a thermodynamic cycle. For example, the cycle may be a steam turbine cycle, an Organic Rankine cycle, or a CO 2 cycle. In particular, the cycle represents a closed system in which a Sequence of changes in state of a working fluid run periodically in succession. Here, again and again, in particular once per process run, an initial state is reached, which is characterized by the prevailing in him state variables of the working fluid. Typical state variables which are important in the cycle are, in particular, the density, temperature or pressure of the working fluid. In the cycle process, heat energy is converted into work by supplying heat (or energy) to the working fluid, which then relaxes in the turbine and drives the turbine. In the turbine, part of the heat energy of the working fluid is converted into kinetic energy and a turbine shaft driven. The kinetic energy of the turbine shaft is provided for further conversion or use, in particular to a generator. After passing through the turbine heat is removed from the working fluid, for example in a condenser, desuperheater, heat exchanger or a recuperator. Thus, the working fluid is available again for a new cycle of the cycle.

Der Kreisprozess weist immer zumindest ein Arbeitsfluid sowie eine Turbine auf.The cycle always has at least one working fluid and a turbine.

Der erste Kreisprozess kann mit einem anderen Energieniveau als der zweite Kreisprozess betrieben werden. Der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess sind z.B. derart unterschiedlich voneinander ausgebildet bzw. mit unterschiedlichen Arbeitsfluiden betreibbar, dass der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess unterschiedliche Energie- bzw. Temperaturniveaus der entsprechenden Arbeitsfluide aufweisen. Der erste Kreisprozess bzw. dessen erstes Arbeitsfluid überträgt mittels Koppelns Wärmeenergie auf den zweiten Kreisprozess bzw. dessen zweites Arbeitsfluid, wenn der erste Kreisprozess auf einem höheren Energieniveau, d.h. mit einer höheren Minimaltemperatur des ersten Arbeitsfluides, betrieben wird als das Energieniveau des zweiten Kreisprozesses bzw. als eine Maximaltemperatur des zweiten Arbeitsfluides.The first cycle can be operated at a different energy level than the second cycle. The first cycle and the second cycle are e.g. formed so different from each other or operable with different working fluids that the first cycle and the second cycle process have different energy and temperature levels of the corresponding working fluids. The first cycle process or its first working fluid, by coupling, transfers heat energy to the second cycle process or its second working fluid when the first cycle process is at a higher energy level, i. with a higher minimum temperature of the first working fluid, is operated as the energy level of the second cycle or as a maximum temperature of the second working fluid.

Das erste und/oder zweite Arbeitsfluid besteht insbesondere aus Wasser, einem organischen Medium, Ammoniak, CO2 oder überkritischen CO2. Das Arbeitsfluid wird je nach Anwendungszweck, insbesondere nach Art der verwendeten und damit betriebenen Turbine ausgewählt. Der Zustand, insbesondere der thermische Zustand (beschrieben durch Druck, Temperatur und Dichte) oder der Aggregatzustand, des Arbeitsfluides ändert sich während eines Prozessdurchlaufes. Jedoch liegt nach einem gesamten Prozessdurchlauf der ursprüngliche Aggregatzustand wieder vor.The first and / or second working fluid consists in particular of water, an organic medium, ammonia, CO 2 or supercritical CO 2 . The working fluid is selected depending on the application, in particular on the type of turbine used and thus operated. The state, in particular the thermal state (described by pressure, temperature and density) or the state of aggregation, of the working fluid changes during a process run. However, after an entire process run, the original state of aggregation is restored.

Organische Medien sind alle für ORC-Kreisläufe geeigneten Fluide wie z. B. Alkane, Alkene, Cyclo-Alkane, Alkohole, organische Säuren, Ester, Aromaten, Kältemittel, Chlorkohlenwasserstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, Silikonöle, sowie ihre Verbindungen und Derivate.Organic media are all suitable for ORC circuits fluids such. As alkanes, alkenes, cycloalkanes, alcohols, organic acids, esters, aromatics, refrigerants, chlorinated hydrocarbons, fluorocarbons, silicone oils, and their compounds and derivatives.

Das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid können identisch sein. Dann sind der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess von derselben Art, insbesondere jeweils ein Dampfturbinenkreislauf oder ein ORC Kreislauf. Beide Kreisprozesse können bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Vorzugsweise sind das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid unterschiedliche Fluide, wie beispielsweise Wasser im ersten Kreisprozess, insbesondere einem Dampfturbinenkreisprozess, und einem organischen Medium im zweiten Kreisprozess, insbesondere einem ORC Kreisprozess. Werden zwei unterschiedliche Arbeitsfluide verwendet, unterscheidet sich das erste Arbeitsfluid dadurch vom zweiten Arbeitsfluid, dass das erste Arbeitsfluid eine andere Minimaltemperatur aufweist als eine Maximaltemperatur des zweiten Arbeitsfluides.The first working fluid and the second working fluid may be identical. Then, the first cycle and the second cycle of the same kind, in particular in each case a steam turbine cycle or an ORC cycle. Both cycle processes can be operated at different temperatures. Preferably, the first working fluid and the second working fluid are different fluids, such as water in the first cycle, in particular a steam turbine cycle, and an organic medium in the second cycle, in particular an ORC cycle. When two different working fluids are used, the first working fluid differs from the second working fluid in that the first working fluid has a different minimum temperature than a maximum temperature of the second working fluid.

Die erste Turbine oder die zweite Turbine ist insbesondere eine Dampf-, ORC- oder CO2-Turbine. Die erste Turbine weist eine Mehrzahl von Turbinenstufen auf, welche jeweils aus Stator und Rotor bestehen, und die zweite Turbine weist mindestens eine Turbinenstufe auf. Das Arbeitsfluid strömt durch die Turbinenstufen, entspannt dabei, wodurch die Rotoren angetrieben werden. Dem Fluidstrom wird durch die Umströmung der Turbinenschaufeln ein Teil seiner inneren Energie entzogen, der auf die Laufschaufeln der Turbine übergeht. Über diese wird dann eine Turbinenwelle in Drehung versetzt, die nutzbare Leistung z.B. an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator, abgibt.The first turbine or the second turbine is in particular a steam, ORC or CO 2 turbine. The first turbine has a plurality of turbine stages, each consisting of stator and rotor, and the second turbine has at least one turbine stage. The working fluid flows through the turbine stages, relaxing thereby, which drives the rotors. The fluid flow is removed by the flow around the turbine blades, a portion of its internal energy, which passes to the blades of the turbine. About this a turbine shaft is then rotated, the usable power, for example, to a coupled machine, such as a generator, outputs.

Die Koppelstelle bildet die thermische Verbindung bzw. Kopplung zwischen dem ersten Kreisprozess und dem zweiten Kreisprozess. Die Koppelstelle ist im ersten Kreisprozess oder im zweiten Kreisprozess angeordnet. Beispielsweise kann die Koppelstelle in der Turbine oder außerhalb der Turbine angeordnet sein. Die Koppelstellen bilden Stellen im Kreisprozess, an welchen thermische Energie dem jeweiligen Arbeitsfluid entnommen oder zugeführt wird.The coupling point forms the thermal connection or coupling between the first cycle and the second cycle. The coupling point is arranged in the first cycle or in the second cycle. For example, the coupling point can be arranged in the turbine or outside the turbine. The coupling points form points in the cyclic process, at which thermal energy is removed or supplied to the respective working fluid.

Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle sind insbesondere derart ausgebildet, dass an ihnen das erste Arbeitsfluid aus der ersten Turbine ausströmen und direkt in einen Wärmetauscher oder in eine Leitung einströmen kann. Durch die Leitung strömt z.B. das erste Arbeitsfluid zwischen der ersten Koppelstelle des ersten Kreisprozesses zur zweiten Koppelstelle des zweiten Kreisprozesses bzw. von der dritten Koppelstelle des ersten Kreisprozesses zur vierten Koppelstelle des zweiten Kreisprozesses. Die zweite Koppelstelle und die vierte Koppelstelle sind z.B. als Wärmetauscher ausgebildet. Somit wird jeweils an der zweiten Koppelstelle und der vierten Koppelstelle Wärmeenergie vom ersten Arbeitsfluid mittels des entsprechenden Wärmetauschers auf das zweite Arbeitsfluid übertragen.The first coupling point and the third coupling point are in particular designed such that the first working fluid can flow out of the first turbine on them and can flow directly into a heat exchanger or into a line. For example, the first working fluid flows through the line between the first coupling point of the first cycle to the second coupling point of the second cycle or from the third coupling point of the first cycle to the fourth coupling point of the second cycle. The second coupling point and the fourth coupling point are designed for example as a heat exchanger. Thus, at the second coupling point and the fourth coupling point heat energy is transferred from the first working fluid by means of the corresponding heat exchanger to the second working fluid.

Die erste Koppelstelle ist an der ersten Turbine angeordnet, insbesondere in der stromabwärtigen Hälfte der Turbine, z.B. am Auslass der ersten Turbine. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Koppelstelle an oder nach der letzten Turbinenstufe der ersten Turbine bzw. am Auslass der ersten Turbine angeordnet ist. Zusätzlich ist die erste Koppelstelle stromabwärts der dritten Koppelstelle angeordnet.The first coupling point is disposed on the first turbine, in particular in the downstream half of the turbine, e.g. at the outlet of the first turbine. It is particularly advantageous if the first coupling point is arranged at or after the last turbine stage of the first turbine or at the outlet of the first turbine. In addition, the first coupling point is arranged downstream of the third coupling point.

Die dritte Koppelstelle ist an der ersten Turbine stromaufwärts der ersten Koppelstelle angeordnet. Die dritte Koppelstelle ist insbesondere an der stromabwärtigen Hälfte der ersten Turbine angeordnet. Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle können identisch ausgebildet sein, wobei an der dritten Koppelstelle eine höhere Temperatur sowie ein höherer Druck des Arbeitsfluides herrschen als an der ersten Koppelstelle, da die erste Koppelstelle in Strömungsrichtung stromabwärts im Vergleich zu der dritten Koppelstelle angeordnet ist.The third coupling point is arranged on the first turbine upstream of the first coupling point. The third coupling point is arranged in particular on the downstream half of the first turbine. The first coupling point and the third coupling point may be formed identically, wherein at the third coupling point a higher temperature and a higher pressure of the working fluid prevail than at the first coupling point, since the first coupling point downstream is arranged in comparison to the third coupling point.

Die stromabwärtige Hälfte der Turbine ist diejenige Hälfte der Turbine, welche die in Strömungsrichtung des Arbeitsfluides gesehen, hintere Hälfte der Turbine ist.The downstream half of the turbine is that half of the turbine which is the rear half of the turbine seen in the flow direction of the working fluid.

Die zweite Koppelstelle ist an einer Stelle im zweiten Kreisprozess stromaufwärts bzgl. einer Strömungsrichtung des zweiten Arbeitsfluids des Einlasses der zweiten Turbine angeordnet. Somit wird das zweite Arbeitsfluid vor dem Eintritt in die zweite Turbine mittels der höheren Temperatur des ersten Arbeitsfluides über den Wärmetauscher vorgewärmt. Dabei kommen das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle, sowie ebenfalls an der vierten Koppelstelle, nicht in direkten physikalischen Kontakt miteinander.The second coupling point is arranged at one point in the second cycle upstream with respect to a flow direction of the second working fluid of the inlet of the second turbine. Thus, prior to entering the second turbine, the second working fluid is preheated via the heat exchanger by means of the higher temperature of the first working fluid. Here come the first working fluid and the second working fluid at the second coupling point, as well as also at the fourth coupling point, not in direct physical contact with each other.

Die vierte Koppelstelle ist in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der zweiten Koppelstelle und gleichzeitig stromaufwärts bezüglich einem Einlass der zweiten Turbine angeordnet, d.h. zwischen der zweiten Koppelstelle und dem Einlass der zweiten Turbine. Die vierte Koppelstelle ist ebenfalls als Wärmetauscher, insbesondere identisch zur zweiten Koppelstelle ausgebildet. Jedoch weist das erste Arbeitsfluid an der vierten Koppelstelle eine höhere Temperatur und einen höheren Druck auf als an der zweiten Koppelstelle, so dass das zweite Arbeitsfluid, welches bereits an der zweiten Koppelstelle Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid aufgenommen hat, weiter erwärmt werden kann.The fourth coupling point is located in the second cycle downstream of the second coupling point and simultaneously upstream relative to an inlet of the second turbine, i. between the second coupling point and the inlet of the second turbine. The fourth coupling point is also designed as a heat exchanger, in particular identical to the second coupling point. However, the first working fluid has a higher temperature and a higher pressure at the fourth coupling point than at the second coupling point, so that the second working fluid, which has already received heat energy from the first working fluid at the second coupling point, can be further heated.

Die erste Koppelstelle und die dritte Koppelstelle bzw. die zweite Koppelstelle und die vierte Koppelstelle sind derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Ein derartiges Koppeln wird insbesondere mittels Wärmetauschern umgesetzt, in welchen die ersten und zweiten Arbeitfluide Wärme austauschen.The first coupling point and the third coupling point or the second coupling point and the fourth coupling point are coupled such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. Such coupling is implemented in particular by means of heat exchangers in which the first and second working fluids exchange heat.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Wärmezufuhr von dem ersten Arbeitsfluid des ersten Kreisprozesses zu dem zweiten Arbeitsfluid des zweiten Kreisprozesses stufenweise, um die sich unterscheidenden Temperaturniveaus der Arbeitsfluide besser auszunutzen. Diese stufenweise Zufuhr erfolgt insbesondere durch Entnahme des ersten Arbeitsfluides, welches zumindest in Sattdampftemperatur an der ersten oder dritten Koppelstelle vorliegt, so dass ein Exergieverlust verringert werden kann.According to the present invention, heat input from the first working fluid of the first cycle to the second working fluid of the second cycle is stepwise performed to better utilize the differing temperature levels of the working fluids. This stepwise supply takes place in particular by removal of the first working fluid, which is present at least in saturated steam temperature at the first or third coupling point, so that an exergy loss can be reduced.

Diese stufenweise Wärmezufuhr zum ORC Prozess führt beispielsweise dazu, dass die jeweilige Wärmeenergie der verschiedenen Temperaturniveaus im Dampfturbinenprozess besser nutzbar ist.This gradual heat input to the ORC process, for example, means that the respective heat energy of the different temperature levels in the steam turbine process can be better utilized.

In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die erste Koppelstelle an dem Auslass der ersten Turbine angeordnet.In an exemplary embodiment of the present invention, the first coupling location is located at the outlet of the first turbine.

Der Auslass ist insbesondere als Abdampf- bzw. Gegendruckstutzen ausgebildet. Am Auslass der ersten Turbine herrschen bereits eine relativ niedrige Temperatur sowie ein relativ niedriger Druck. Somit ist die Wärmeenergie, welche in der Turbine noch in kinetische Energie umwandelbar ist, gering. Ferner ist es daher vorteilhaft die noch im ersten Arbeitsfluid verbleibende Wärmeenergie, welche an der ersten Koppelstelle höher ist als die Wärmeenergie des zweiten Arbeitsfluides des zweiten Kreisprozesses an der zweiten Koppelstelle, auf das zweite Arbeitsfluid zu übertragen. Beispielsweise kann ein Anteil des ersten Arbeitsfluides aus der ersten Turbine (z.B. an einem am Gegendruckstutzen der ersten Turbine) ausströmen und zu einem Wärmetauscher, z.B. über eine erste Leitung, zur zweiten Koppelstelle strömen.The outlet is designed in particular as Abdampf- or counterpressure nozzle. At the outlet of the first turbine already prevail a relatively low temperature and a relatively low pressure. Thus, the heat energy, which is still convertible into kinetic energy in the turbine, low. Furthermore, it is therefore advantageous to still transfer in the first working fluid heat energy, which is higher at the first coupling point than the heat energy of the second working fluid of the second cycle at the second coupling point to transfer to the second working fluid. For example, a portion of the first working fluid may flow out of the first turbine (e.g., at one of the counter-pressure nozzles of the first turbine) and to a heat exchanger, e.g. via a first line, to the second coupling point flow.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die erste Turbine eine Dampfturbine und der erste Kreisprozess ein Dampfturbinenprozess.According to another exemplary embodiment, the first turbine is a steam turbine and the first cycle is a steam turbine process.

In einem Dampfturbinenprozess wird Wasser als Arbeitsfluid verwendet, welches mittels eines Verdampfers verdampft und anschließend einer Dampfturbine zugeführt wird. Hinter der Dampfturbine wird der Wasserdampf in einem Kondensator kondensiert. Ein Dampfturbinenprozess bietet den Vorteil, dass Wasser gut verfügbar sowie gut lagerbar ist. Weiterhin erreichen Dampfturbinenprozesse gute Wirkungsgrade bei hohen Prozesstemperaturen.In a steam turbine process, water is used as the working fluid, which is vaporized by means of an evaporator and then fed to a steam turbine. Behind the steam turbine, the water vapor is condensed in a condenser. A steam turbine process offers the advantage that water is readily available and easy to store is. Furthermore, steam turbine processes achieve good efficiencies at high process temperatures.

In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite Turbine eine Organic Rankine Turbine und der zweite Prozess ist ein Organic Rankine Prozess (ORC). Im Organic Rankine Prozess wird eine Turbine mit einem anderen Fluid als Wasserdampf, insbesondere einer organischen Flüssigkeit mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur, betrieben. Der Organic Rankine Prozess bietet den Vorteil, dass ein niedriges Temperaturgefälle ausreicht, um ihn zu betreiben. Als Arbeitsfluide dienen insbesondere organische Medien, z. B. Isopentan oder ein Silikonöl.In yet another exemplary embodiment of the present invention, the second turbine is an Organic Rankine Turbine and the second process is an Organic Rankine Process (ORC). In the Organic Rankine process, a turbine is operated with a fluid other than water vapor, in particular an organic liquid with a low evaporation temperature. The Organic Rankine process has the advantage that a low temperature gradient is sufficient to operate it. As working fluids are used in particular organic media, eg. B. isopentane or a silicone oil.

Werden als erster Kreisprozess ein Dampfturbinenprozess und als zweiter Kreisprozess ein ORC Prozess miteinander gekoppelt, weist der ORC Prozess ein niedrigeres Temperaturniveau auf als der Dampfturbinenprozess, d.h. das erste Arbeitsfluid in dem Dampfturbinenprozess weist insbesondere höhere Temperaturen auf als das zweite Arbeitsfluid des ORC Prozess. Somit kann die Wärmeenergie, welche am Ausgang der Dampfturbine noch im Wasserdampf enthalten ist, auf das Arbeitsfluid, beispielsweise Isopentan, des ORC Prozesses übertragen werden und in der ORC Turbine weiter in kinetische Energie umgewandelt werden. Somit wird mittels des Einsatzes des ORC Prozesses der Wirkungsgrad des Systems gesteigert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, derzeitige wirkungsgradsteigernde Maßnahmen von ORC-Kreisläufen, wie Rekuperatoren, auch hier zu verwenden.If a steam turbine process and, as a second cycle process, an ORC process are coupled together as the first cycle process, the ORC process has a lower temperature level than the steam turbine process, ie. in particular, the first working fluid in the steam turbine process has higher temperatures than the second working fluid of the ORC process. Thus, the heat energy, which is still contained in the steam at the outlet of the steam turbine, be transferred to the working fluid, such as isopentane, the ORC process and be further converted into kinetic energy in the ORC turbine. Thus, by using the ORC process, the efficiency of the system is increased. It has proven to be advantageous to use current efficiency-increasing measures of ORC circuits, such as recuperators, here as well.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Turbine mit CO2, insbesondere überkritischen CO2 betreibbar.According to a further exemplary embodiment, the second turbine can be operated with CO 2 , in particular supercritical CO 2 .

CO2 als Arbeitsfluid kann beispielsweise aus Abgasen anderer Anlagen entnommen werden. Ferner hat die Verwendung von CO2, als Arbeitsfluid den Vorteil, dass es preiswert und nicht entflammbar ist.CO 2 as a working fluid can be taken, for example, from exhaust gases of other plants. Further, the use of CO 2 as a working fluid has the advantage of being inexpensive and non-flammable.

Überkritisches CO2 wird in der Industrie, vor allem als Extraktionsmittel, immer verbreiteter verwendet. In neueren System hat überkritisches CO2 als Fluid in Turbinen zur Stromspeicherung und Stromerzeugung an Bedeutung gewonnen. Dies liegt insbesondere an seiner leichten Verfügbarkeit, seiner Ungiftigkeit sowie daran, dass sich seine Dichte in einem relativ breiten Bereich einstellen lässt.Supercritical CO 2 is used more and more in industry, especially as an extractant. In more recent systems, supercritical CO 2 has gained importance as a fluid in turbines for power storage and power generation. This is due in particular to its ready availability, its non-toxicity and the fact that its density can be adjusted in a relatively wide range.

Die zweite Turbine wird beispielsweise entweder mit CO2 bzw. überkritischem CO2 betrieben oder es wird eine ORC Turbine in einem ORC Kreisprozess verwendet. Auch noch weitere Arbeitsfluide wie beispielsweise Ammoniak oder andere organische und anorganische Fluide sind als zweites Arbeitsfluid verwendbar.For example, the second turbine is operated with either CO 2 or supercritical CO 2 or an ORC turbine is used in an ORC cycle. Even more working fluids such as ammonia or other organic and inorganic fluids can be used as a second working fluid.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System ferner eine fünfte Koppelstelle an der ersten Turbine und eine sechste Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess auf. Die fünfte Koppelstelle ist stromaufwärts der dritten Koppelstelle angeordnet. Ferner ist die sechste Koppelstelle stromabwärts der vierten Koppelstelle und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine angeordnet und mit der fünften Koppelstelle derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.In a further exemplary embodiment of the present invention, the system further comprises a fifth coupling point on the first turbine and a sixth coupling point in the second circular process. The fifth coupling point is arranged upstream of the third coupling point. Further, the sixth coupling point is located downstream of the fourth coupling point and upstream of the inlet of the second turbine and coupled to the fifth coupling point such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.

Die fünfte Koppelstelle kann baugleich zu der ersten Koppelstelle bzw. zur dritten Koppelstelle ausgebildet werden und kann stromaufwärts der dritten Koppelstelle in der stromabwärtigen oder in der stromaufwärtigen Hälfte der ersten Turbine angeordnet werden.The fifth coupling point can be constructed identically to the first coupling point or to the third coupling point and can be arranged upstream of the third coupling point in the downstream or in the upstream half of the first turbine.

Die sechste Koppelstelle kann baugleich zur zweiten Koppelstelle bzw. zur vierten Koppelstelle ausgebildet werden und kann in dem zweiten Kreisprozess stromabwärts der vierten Koppelstelle der zweiten Koppelstelle angeordnet werden.The sixth coupling point can be constructed identical to the second coupling point or the fourth coupling point and can be arranged in the second cycle downstream of the fourth coupling point of the second coupling point.

An der sechsten Koppelstelle weist das zweite Arbeitsfluid eine höhere Temperatur auf als an der vierten Koppelstelle bzw. der zweiten Koppelstelle. Dies beruht darauf, dass dem zweiten Arbeitsfluid bereits an der zweiten Koppelstelle Wärmeenergie und an der vierten Koppelstelle erneut Wärmeenergie zugeführt wird. An der fünften Koppelstelle weist das erste Arbeitsfluid ebenfalls eine höhere Wärmeenergie auf als an der ersten Koppelstelle bzw. der dritten Koppelstelle. Dies liegt im ersten Kreisprozess daran, dass die fünfte Koppelstelle stromaufwärts sowohl von der dritten Koppelstelle als auch von der ersten Koppelstelle und somit in einer stromaufwärts gelegenen Druckstufe der ersten Turbine (z.B. einer Niederdruckturbine) angeordnet ist. Das Bereitstellen der zusätzlichen fünften Koppelstelle und sechsten Koppelstelle hat den Vorteil, dass das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle, der vierten Koppelstelle und der sechsten Koppelstelle jeweils einen geringen Temperaturunterschied zu dem ersten Arbeitsfluid an den jeweiligen korrespondierenden Koppelstellen aufweist, so dass der jeweilige Exergieverlust an jeder der Koppelstellen geringer ist, als wenn die gesamte Wärmeenergie in einem Schritt übertragen werden würde.At the sixth coupling point, the second working fluid has a higher temperature than at the fourth coupling point or the second coupling point. This is based on the fact that heat energy is supplied to the second working fluid at the second coupling point and heat energy again at the fourth coupling point. At the fifth coupling point, the first working fluid also has a higher heat energy than at the first coupling point or the third coupling point. This is due to the fact that the fifth coupling point is located upstream of both the third coupling point and the first coupling point and thus in an upstream pressure stage of the first turbine (for example a low-pressure turbine). The provision of the additional fifth coupling point and sixth coupling point has the advantage that the first working fluid and the second working fluid at the second coupling point, the fourth coupling point and the sixth coupling point each have a small temperature difference to the first working fluid at the respective corresponding coupling points, so that the respective loss of exergy at each of the coupling points is less than if all the heat energy were transferred in one step.

Wird die Wärmeenergieübertragung in immer kleinere Schritte unterteilt führt dies zu einem immer geringeren Exergieverlust pro Schritt. Deshalb können auch noch weitere Koppelstellen an der ersten Turbine sowie noch weitere Koppelstellen im zweiten Kreisprozess vorgesehen werden.If the heat energy transfer is divided into ever smaller steps, this leads to an ever lower exergy loss per step. Therefore, even more coupling points on the first turbine and even more coupling points in the second cycle can be provided.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die zweite Koppelstelle und/oder die vierte Koppelstelle einen Wärmetauscher auf, in welchem Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. According to a further exemplary embodiment, the second coupling point and / or the fourth coupling point to a heat exchanger in which heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable.

In einem Wärmetauscher wird insbesondere Wärmeenergie von einem Medium (z.B. dem ersten Arbeitsfluid) auf ein anderes Medium (z.B. dem zweiten Arbeitsfluid) ohne tatsächlichen physikalischen Kontakt der zwei Medien miteinander übertragen.In particular, in a heat exchanger, thermal energy is transferred from one medium (e.g., the first working fluid) to another medium (e.g., the second working fluid) without actual physical contact of the two media.

Die Wärmetauscher (z.B. Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher) bieten den Vorteil, dass eine physikalische Vermischung des ersten Arbeitsfluides mit dem zweiten Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle und/oder der vierten Koppelstelle unterbunden ist. Somit können unterschiedliche Arbeitsfluide, auch derartige, welche bei Kontakt miteinander reagieren oder sich vermischen würden, verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Kreisläufe auf die individuellen Anforderungen des Anwendungsfalls anpassbar sind.The heat exchangers (e.g., plate or shell and tube heat exchangers) offer the advantage that physical mixing of the first working fluid with the second working fluid at the second coupling point and / or the fourth coupling point is prevented. Thus, different working fluids, even those which would react or mix upon contact, may be used. This has the advantage that the two circuits can be adapted to the individual requirements of the application.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess derart konfiguriert, dass das erste Arbeitsfluid (zumindest an der ersten, dritten und/oder fünften Koppelstelle) eine (Minimal-) Temperatur aufweisen kann, welche höher ist als eine (Maximal- bzw. Minimal-) Temperatur des zweiten Arbeitsfluides (zumindest an der zweiten, vierten und/oder sechsten Koppelstelle).In another exemplary embodiment of the present invention, the first cycle and the second cycle are configured such that the first working fluid (at least at the first, third, and / or fifth coupling points) may have a (minimum) temperature that is higher than one (Maximum or minimum) temperature of the second working fluid (at least at the second, fourth and / or sixth coupling point).

Die Minimaltemperatur ist die minimale Temperatur, welche das Arbeitsfluid beim Durchströmen des (ersten) Kreisprozesses annimmt. Die Maximaltemperatur ist die maximale Temperatur, welche das Arbeitsfluid beim Durchströmen des (zweiten) Kreisprozesses annimmt. Das erste Arbeitsfluid des ersten Kreisprozesses weist z.B. ein höheres Temperaturniveau auf als das zweite Arbeitsfluid des zweiten Kreisprozesses und ein Übertragen von Wärmeenergie vom ersten Kreisprozess auf den zweiten Kreisprozess ist ermöglicht.The minimum temperature is the minimum temperature which the working fluid assumes as it flows through the (first) cycle. The maximum temperature is the maximum temperature which the working fluid assumes as it flows through the (second) cycle. The first working fluid of the first cycle process includes e.g. a higher temperature level than the second working fluid of the second cycle and a transfer of heat energy from the first cycle to the second cycle is possible.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Kreisprozess und der zweite Kreisprozess derart konfiguriert, dass das erste Arbeitsfluid einen niedrigeren Minimaldruck aufweisen kann als das zweite Arbeitsfluid.According to another exemplary embodiment, the first cycle and the second cycle are configured such that the first working fluid may have a lower minimum pressure than the second working fluid.

Der Minimaldruck ist der minimale Druck, welchen das Arbeitsfluid beim Durchströmen des Kreisprozesses annimmt. Somit kann der erste Kreisprozess mit einem ersten Arbeitsfluid betrieben werden, welches unterschiedlich zum zweiten Arbeitsfluid ist.The minimum pressure is the minimum pressure that the working fluid assumes as it flows through the cycle. Thus, the first cycle can be operated with a first working fluid, which is different from the second working fluid.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen beschrieben. Ein erster Kreisprozess mit einer ersten Turbine wird bereitgestellt, wobei der erste Kreisprozess mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar ist. Ferner wird ein zweiter Kreisprozess mit einer zweiten Turbine bereitgestellt, wobei der zweite Kreisprozess mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist. Der erste Kreisprozess wird mit dem zweiten Kreisprozess derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Ferner wird eine erste Koppelstelle in dem ersten Kreisprozess, insbesondere an einem Auslass der ersten Turbine, mit einer zweiten Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess stromaufwärts eines Einlasses der zweiten Turbine gekoppelt. Zusätzlich wird eine dritte Koppelstelle an der ersten Turbine mit einer vierten Koppelstelle in dem zweiten Kreisprozess gekoppelt. Die dritte Koppelstelle ist stromaufwärts von der ersten Koppelstelle angeordnet und die vierte Koppelstelle ist stromabwärts der zweiten Koppelstelle und stromaufwärts des Einlasses der zweiten Turbine angeordnet.In accordance with another aspect of the present invention, a method for coupling cycle processes is described. A first cycle with a first turbine is provided, wherein the first cycle is operable with a first working fluid. Further, a second cycle is provided with a second turbine, wherein the second cycle is operable with a second working fluid. The first cycle is coupled to the second cycle so that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. Furthermore, a first coupling point in the first cycle, in particular at an outlet of the first turbine, is coupled to a second coupling point in the second cycle upstream of an inlet of the second turbine. In addition, a third coupling point is coupled to the first turbine with a fourth coupling point in the second cycle. The third coupling point is located upstream of the first coupling point and the fourth coupling point is located downstream of the second coupling point and upstream of the inlet of the second turbine.

Das Koppeln der ersten Koppelstelle mit der zweiten Koppelstelle erfolgt insbesondere mittels eines Wärmetauschers, welcher mit Leitungen, durch welche jeweils das erste bzw. zweite Arbeitsfluid strömt, gekoppelt ist. Das erste Arbeitsfluid strömt durch die Leitung zu einem Wärmetauscher, welcher auch von dem zweiten Arbeitsfluid durchströmt ist, so dass Wärmeenergie an der zweiten Koppelstelle von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragen wird.The coupling of the first coupling point with the second coupling point takes place in particular by means of a heat exchanger, which is coupled to lines through which each of the first and second working fluid flows. The first working fluid flows through the conduit to a heat exchanger, which is also flowed through by the second working fluid, so that heat energy is transferred at the second coupling point of the first working fluid to the second working fluid.

Das Koppeln der dritten Koppelstelle mit der vierten Koppelstelle erfolgt ebenfalls insbesondere mittels eines Wärmetauschers, durch welchen das erste und zweite Arbeitsfluid strömt. Das erste Arbeitsfluid kann dabei andere Zustandsgrößen, beispielsweise Druck oder Temperatur, aufweisen als an der ersten Koppelstelle. Das erste Arbeitsfluid strömt hier durch eine Leitung zu einem Wärmetauscher, welcher auch von dem zweiten Arbeitsfluid durchströmt wird, so dass Wärmeenergie an der vierten Koppelstelle von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragen wird.The coupling of the third coupling point with the fourth coupling point also takes place in particular by means of a heat exchanger, through which the first and second working fluid flows. The first working fluid may have other state variables, for example pressure or temperature, than at the first coupling point. The first working fluid flows through a conduit to a heat exchanger, which is also flowed through by the second working fluid, so that heat energy is transferred at the fourth coupling point of the first working fluid to the second working fluid.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that for the person skilled in the art with the variants of embodiment that are explicit here, a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.

Figurenliste list of figures

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.

  • 1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Diagramm der Temperatur ϑ als Funktion der Wärmemenge Q gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt ein Diagramm der Temperatur ϑ als Funktion der Wärmemenge Q gemäß dem Stand der Technik.
  • 4 zeigt ein weiteres Diagramm der Temperatur ϑ als Funktion der Wärmemenge Q gemäß dem Stand der Technik.
In the following, for further explanation and for a better understanding of the present invention, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying figures.
  • 1 FIG. 12 is a schematic diagram of a system according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
  • 2 FIG. 10 shows a graph of temperature θ as a function of heat quantity Q according to an exemplary embodiment of the invention.
  • 3 shows a diagram of the temperature θ as a function of the amount of heat Q according to the prior art.
  • 4 shows another diagram of the temperature θ as a function of the amount of heat Q according to the prior art.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und nicht maßstäblich.The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustration in the figures is schematic and not to scale.

1 zeigt ein System 100 zum Koppeln von zwei Kreisprozessen 170, 180. Das System 100 weist einen ersten Kreisprozess 170 und einen zweiten Kreisprozess 180 auf. 1 shows a system 100 for coupling two cycles 170 . 180 , The system 100 indicates a first cycle 170 and a second cycle 180 on.

Der erste Kreisprozess 170, welcher lediglich schematisch als Ausschnitt abgebildet ist, weist eine erste Turbine 110 auf und ist mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar. Der zweite Kreisprozess 180 weist eine zweite Turbine 120 auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Das System 100 weist ferner eine erste Koppelstelle 111, eine dritte Koppelstelle 113 sowie eine fünfte Koppelstelle 115 an der ersten Turbine 110 auf. Die erste Koppelstelle 111 ist am Auslass der ersten Turbine 110 angeordnet. Die dritte Koppelstelle 113 und die fünfte Koppelstelle 115 sind stromaufwärts der ersten Koppelstelle 111 an der ersten Turbine 110 angeordnet, wobei die fünfte Koppelstelle stromaufwärts der dritten Koppelstelle 113 angeordnet ist. Anschaulich formuliert erreicht das erste Arbeitsfluid somit, wenn es durch die erste Turbine 110 strömt, zuerst die fünfte Koppelstelle 115, dann die dritte Koppelstelle 113 und anschließend die erste Koppelstelle 111. Darüber hinaus weist der erste Kreisprozess eine erste Kreisprozessleitung 130, in welcher das erste Arbeitsfluid durch den ersten Kreisprozess 170 strömt, sowie einen ersten Generator 150 auf.The first cycle 170 , which is shown only schematically as a detail, has a first turbine 110 and is operable with a first working fluid. The second cycle process 180 has a second turbine 120 and is operable with a second working fluid. The system 100 also has a first coupling point 111 , a third coupling point 113 and a fifth coupling point 115 at the first turbine 110 on. The first coupling point 111 is at the outlet of the first turbine 110 arranged. The third coupling point 113 and the fifth coupling point 115 are upstream of the first coupling point 111 at the first turbine 110 arranged, wherein the fifth coupling point upstream of the third coupling point 113 is arranged. Clearly formulated, the first working fluid thus reaches when passing through the first turbine 110 flows, first the fifth coupling point 115 , then the third coupling point 113 and then the first coupling point 111 , In addition, the first cycle process has a first cycle process line 130 , in which the first working fluid through the first cycle 170 flows, as well as a first generator 150 on.

In der ersten Turbine 110 nehmen die Temperatur und der Druck des ersten Arbeitsfluides in Durchströmungsrichtung ab. Somit weist das erste Arbeitsfluid an der ersten Koppelstelle 111 im Verhältnis zu an der dritten Koppelstelle 113 und an der fünften Koppelstelle 115 eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck auf. Das erste Arbeitsfluid weist wiederum an der fünften Koppelstelle 115 im Verhältnis zu an der dritten Koppelstelle 113 und an der ersten Koppelstelle 111 eine höhere Temperatur sowie einen höheren Druck auf. Dies liegt an der in der ersten Turbine 110 erfolgenden Expansion des ersten Arbeitsfluides. Die vom ersten Arbeitsfluid auf eine erste Turbinenwelle 119 der ersten Turbine 110 übertragene Energie wird von der ersten Turbine 110 an den ersten Generator 150 übertragen, welcher die Bewegungsenergie der ersten Turbinenwelle 119 in elektrische Energie umwandelt.In the first turbine 110 take the temperature and pressure of the first working fluid in the flow direction from. Thus, the first working fluid at the first coupling point 111 in relation to at the third coupling point 113 and at the fifth coupling point 115 a lower temperature and a lower pressure. The first working fluid in turn points to the fifth coupling point 115 in relation to at the third coupling point 113 and at the first coupling point 111 a higher temperature and a higher pressure. This is because of the first turbine 110 successful expansion of the first working fluid. The from the first working fluid to a first turbine shaft 119 the first turbine 110 transmitted energy is from the first turbine 110 to the first generator 150 which transmits the kinetic energy of the first turbine shaft 119 converted into electrical energy.

Der zweite Kreisprozess 180 weist eine zweite Turbine 120 auf und ist mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar. Das System weist darüber hinaus eine zweite Koppelstelle 142, eine vierte Koppelstelle 144 und eine sechste Koppelstelle 146 in dem zweiten Kreisprozess 180 auf. Die sechste Koppelstelle 146 ist stromaufwärts eines Einlasses 122 der zweiten Turbine 120 angeordnet. Die zweite Koppelstelle 142 ist stromabwärts eines Auslasses 121 der zweiten Turbine 120 angeordnet. Ferner ist die vierte Koppelstelle 144 stromaufwärts der sechsten Koppelstelle 146 und stromabwärts der zweiten Koppelstelle 142 angeordnet. Das zweite Arbeitsfluid strömt somit beim Durchströmen des zweiten Kreisprozesses anschaulich zunächst durch die zweite Koppelstelle 142, dann durch die vierte Koppelstelle 144 und anschließend durchströmt es die sechste Koppelstelle 146. Der zweite Kreisprozess 180 weist ferner einen Kondensator oder Wärmetauscher 141, einen zweiten Generator 160, eine Pumpe 143 sowie eine Kreisprozessleitung 140, in welcher das zweite Arbeitsfluid strömt, auf.The second cycle process 180 has a second turbine 120 and is operable with a second working fluid. The system also has a second coupling point 142 , a fourth coupling point 144 and a sixth coupling point 146 in the second cycle 180 on. The sixth coupling point 146 is upstream of an inlet 122 the second turbine 120 arranged. The second coupling point 142 is downstream of an outlet 121 the second turbine 120 arranged. Furthermore, the fourth coupling point 144 upstream of the sixth coupling point 146 and downstream of the second coupling site 142 arranged. The second working fluid thus flows initially through the second coupling point when it flows through the second cycle process 142 , then through the fourth coupling point 144 and then it flows through the sixth coupling point 146 , The second cycle process 180 also has a condenser or heat exchanger 141 , a second generator 160 , a pump 143 as well as a circle process line 140 in which the second working fluid flows on.

Der Kondensator oder Wärmetauscher 141 ist derart ausgebildet, dass das in der zweiten Kreisprozessleitung 140 strömende und aus der zweiten Turbine 120 ausgeströmte zweite Arbeitsfluid kondensiert oder abgekühlt wird.The condenser or heat exchanger 141 is formed such that in the second cycle process line 140 flowing and out of the second turbine 120 discharged second working fluid is condensed or cooled.

Die Pumpe 143 treibt das zweite Arbeitsfluid derart an, dass es durch die zweite Kreisprozessleitung 140 strömt.The pump 143 drives the second working fluid such that it passes through the second cycle process line 140 flows.

Der erste Generator 150 bzw. der zweite Generator 160 wandeln die kinetische Energie der ersten Turbinenwelle 119 bzw. der zweiten Turbinenwelle 129 in elektrische Energie um. In einer Ausführung können die erste Turbine 110 und die zweite Turbine 120 einen gemeinsamen Generator antreiben (nicht in 1 dargestellt).The first generator 150 or the second generator 160 convert the kinetic energy of the first turbine shaft 119 or the second turbine shaft 129 into electrical energy. In one embodiment, the first turbine 110 and the second turbine 120 drive a common generator (not in 1 shown).

Das zweite Arbeitsfluid weist an der sechsten Koppelstelle 146 eine höhere Temperatur sowie einen höheren Druck auf als an der vierten Koppelstelle 144 und der zweiten Koppelstelle 142. Dies liegt daran, dass dem zweiten Arbeitsfluid beim Durchströmen in Strömungsrichtung an jeder Koppelstelle 142, 144 und 146 Wärmeenergie mittels eines jeweiligen Wärmetauschers vom ersten Arbeitsfluid übertragen wird. Im Anschluss an die sechste Koppelstelle 146 strömt das zweite Arbeitsfluid über den Einlass 122 in die zweite Turbine 120 sowie durch den Auslass 121 wieder in die zweite Kreisprozessleitung 140. In der zweiten Turbine 120 wird das zweite Arbeitsfluid expandiert. Die vom zweiten Arbeitsfluid auf eine zweite Turbinenwelle 129 der zweiten Turbine 120 übertragene Energie wird von der zweiten Turbinenwelle 129 an den zweiten Generator 160 übertragen, welcher die Bewegungsenergie der zweiten Turbinenwelle 129 in elektrische Energie umwandelt. The second working fluid has at the sixth coupling point 146 a higher temperature and a higher pressure than at the fourth coupling point 144 and the second coupling point 142 , This is because the second working fluid flows through in the flow direction at each coupling point 142 . 144 and 146 Heat energy is transmitted by means of a respective heat exchanger from the first working fluid. Following the sixth coupling point 146 the second working fluid flows over the inlet 122 in the second turbine 120 as well as through the outlet 121 back to the second cycle control line 140 , In the second turbine 120 the second working fluid is expanded. From the second working fluid to a second turbine shaft 129 the second turbine 120 transmitted energy is from the second turbine shaft 129 to the second generator 160 which transmits the kinetic energy of the second turbine shaft 129 converted into electrical energy.

Der erste Kreisprozess 170 und der zweite Kreisprozess 180 sind an drei unterschiedlichen Stellen thermisch miteinander derart gekoppelt, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist. Dieses Koppeln erfolgt mittels der ersten Leitung 101, der zweiten Leitung 102 und der dritten Leitung 103. Die erste Leitung 101 koppelt die erste Koppelstelle 111 mit der zweiten Koppelstelle 142. Ferner koppelt die zweite Leitung 102 die dritte Koppelstelle 113 mit der vierten Koppelstelle 144 sowie die dritte Leitung 103 die fünfte Koppelstelle 115 mit der sechsten Koppelstelle 146. Das erste Arbeitsfluid strömt sowohl durch die erste Leitung 101 als auch die zweite Leitung 102 und die dritte Leitung 103.The first cycle 170 and the second cycle 180 are thermally coupled together at three different locations such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. This coupling takes place by means of the first line 101 , the second line 102 and the third line 103 , The first line 101 couples the first coupling point 111 with the second coupling point 142 , Furthermore, the second line couples 102 the third coupling point 113 with the fourth coupling point 144 as well as the third line 103 the fifth coupling point 115 with the sixth coupling point 146 , The first working fluid flows through both the first conduit 101 as well as the second line 102 and the third line 103 ,

Das erste Arbeitsfluid, welches durch die erste Leitung 101 strömt, hat eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck relativ zu einer Temperatur und einem Druck des ersten Arbeitsfluides in der zweiten Leitung 102 oder der dritten Leitung 103. An der zweiten Koppelstelle 142, welche als Wärmetauscher ausgebildet sein kann, weist das zweite Arbeitsfluid stromabwärts der Pumpe 143 eine niedrige Temperatur auf. Somit ist die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Arbeitsfluid und dem zweiten Arbeitsfluid an der zweiten Koppelstelle 142 geringer als an den vierten oder sechsten Koppelstellen 144, 146, so dass der Wärmetauscher die im ersten Arbeitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit geringem Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid übertragen kann.The first working fluid passing through the first line 101 has a lower temperature and a lower pressure relative to a temperature and a pressure of the first working fluid in the second conduit 102 or the third line 103 , At the second coupling point 142 , which may be formed as a heat exchanger, has the second working fluid downstream of the pump 143 a low temperature. Thus, the temperature difference between the first working fluid and the second working fluid is at the second coupling point 142 less than at the fourth or sixth coupling points 144 . 146 so that the heat exchanger can transfer the heat energy contained in the first working fluid to the second working fluid with little exergy loss.

An der vierten Koppelstelle 144 ist das zweite Arbeitsfluid von der zweiten Koppelstelle 142 bereits vorgewärmt, so dass das zweite Arbeitsfluid verglichen mit seinem Zustand an der zweiten Koppelstelle 142 eine höhere Temperatur aufweist. Das erste Arbeitsfluid, welches durch die zweite Leitung 102 strömt wird stromaufwärts des Auslasses 111 der ersten Turbine 110 abgezapft. Somit weist auch das erste Arbeitsfluid an der vierten Koppelstelle 144 eine höhere Temperatur sowie einen höheren Druck auf. Somit ist die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher an der vierten Koppelstelle 144 ebenfalls gering aber liegt auf einem höheren Temperaturniveau, so dass der Wärmetauscher die im ersten Arbeitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit ebenfalls geringem Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid übertragen kann.At the fourth coupling point 144 is the second working fluid from the second coupling point 142 already preheated, so that the second working fluid compared with its state at the second coupling point 142 has a higher temperature. The first working fluid passing through the second conduit 102 flows upstream of the outlet 111 the first turbine 110 tapped. Thus, also the first working fluid at the fourth coupling point 144 a higher temperature and a higher pressure. Thus, the temperature difference in the heat exchanger at the fourth coupling point 144 but also low but is at a higher temperature level, so that the heat exchanger can transfer the heat energy contained in the first working fluid with likewise low Exergieverlust to the second working fluid.

An der fünften Koppelstelle 115 wird das Arbeitsfluid stromaufwärts der dritten Koppelstelle 113 sowie der ersten Koppelstelle 111 aus der ersten Turbine 110, sozusagen an der ersten Abzapfung der ersten Turbine, abgezapft. Somit weist das erste Arbeitsfluid an der fünften Koppelstelle 115 eine höhere Temperatur und einen höheren Druck auf als an der dritten Koppelstelle 113 sowie der ersten Koppelstelle 111. Das zweite Arbeitsfluid ist an der sechsten Koppelstelle 146 bereits an der zweiten Koppelstelle 142 sowie der vierten Koppelstelle 144 vorgewärmt worden, so dass es eine höhere Temperatur aufweist als an der zweite Koppelstelle 142 sowie der vierten Koppelstelle 144. Somit ist die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher an der sechsten Koppelstelle 146 ebenfalls gering, so dass der Wärmetauscher die im ersten Arbeitsfluid enthaltene Wärmeenergie mit ebenfalls geringem Exergieverlust an das zweite Arbeitsfluid überträgt.At the fifth coupling point 115 the working fluid is upstream of the third coupling point 113 as well as the first coupling point 111 from the first turbine 110 , so to speak at the first bleed of the first turbine, tapped. Thus, the first working fluid at the fifth coupling point 115 a higher temperature and a higher pressure than at the third coupling point 113 as well as the first coupling point 111 , The second working fluid is at the sixth coupling point 146 already at the second coupling point 142 and the fourth coupling point 144 preheated so that it has a higher temperature than at the second coupling point 142 and the fourth coupling point 144 , Thus, the temperature difference in the heat exchanger at the sixth coupling point 146 also low, so that the heat exchanger transfers the heat energy contained in the first working fluid with likewise low exergy loss to the second working fluid.

Somit erfolgt eine stufenweise Wärmeübertragung vom ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid, welches stromabwärts der sechsten Koppelstelle 146 die gewünschte Prozesstemperatur für die zweite Turbine 120 aufweist.Thus, a stepwise heat transfer from the first working fluid to the second working fluid, which downstream of the sixth coupling point 146 the desired process temperature for the second turbine 120 having.

2 zeigt ein Diagramm der Temperatur ϑ als Funktion der Wärmemenge Q. Der Temperaturverlauf 220 des zweiten Arbeitsfluides in einem ORC Prozess ist als Funktion der Wärmemenge Q dargestellt. Der Temperaturverlauf 211 der ersten Koppelstelle 111 (in 1 illustriert) verläuft waagerecht. Wie in 2 dargestellt, ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturverlauf 211 des ersten Arbeitsfluides an der ersten Koppelstelle 111 und des Temperaturverlaufs 220 des zweiten Arbeitsfluides im ORC Prozess gering, so dass ein geringer Exergieverlust 231 beim Übertragen der Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid auftritt. 2 shows a diagram of the temperature θ as a function of the amount of heat Q. The temperature profile 220 of the second working fluid in an ORC process is shown as a function of the amount of heat Q. The temperature profile 211 the first coupling point 111 (in 1 illustrated) runs horizontally. As in 2 shown, is the temperature difference between the temperature profile 211 of the first working fluid at the first coupling point 111 and the temperature profile 220 of the second working fluid in the ORC process low, resulting in a low exergy loss 231 when transferring the heat energy from the first working fluid to the second working fluid.

Auch die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturverlauf 213 des ersten Arbeitsfluides an der dritten Koppelstelle 113 (in 1 illustriert) und des Temperaturverlaufs 220 des zweiten Arbeitsfluides in dem ORC Prozess ist gering, so dass auch an der dritten Koppelstelle 113 ein geringer Exergieverlust 233 auftritt.Also, the temperature difference between the temperature profile 213 of the first working fluid at the third coupling point 113 (in 1 illustrated) and the temperature profile 220 of the second working fluid in the ORC process is low, so that also at the third coupling point 113 a low exergy loss 233 occurs.

Ein Temperaturverlauf 215 des ersten Arbeitsfluides an der fünften Koppelstelle 115 (in 1 illustriert) weist eine geringe Temperaturdifferenz 235 zum Temperaturverlauf 220 des ORC Prozesses an der sechsten Koppelstelle 246 auf. Somit ist auch an dieser Stelle der Exergieverlust 235 gering.A temperature profile 215 of the first working fluid at the fifth coupling point 115 (in 1 illustrated) has a small temperature difference 235 to the temperature profile 220 of the ORC process at the sixth coupling point 246 on. Thus, at this point is the exergy loss 235 low.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims (10)

System (100) zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180), wobei das System (100) aufweist einen ersten Kreisprozess (170), und einen zweiten Kreisprozess (180), wobei der erste Kreisprozess (170) eine erste Turbine (110) aufweist und mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar ist, der zweite Kreisprozess (180) eine zweite Turbine (120) aufweist und mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist, eine erste Koppelstelle (111) an der ersten Turbine (110), eine zweite Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), wobei die zweite Koppelstelle (142) mit der ersten Koppelstelle (111) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist, eine dritte Koppelstelle (113) an der ersten Turbine (110), wobei die dritte Koppelstelle (113) stromaufwärts von der ersten Koppelstelle (111) angeordnet ist, und eine vierte Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), wobei die vierte Koppelstelle (144) mit der dritten Koppelstelle (113) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.A system (100) for coupling cycle processes (170, 180), the system comprising (100) a first cycle (170), and a second cycle (180), wherein the first cycle (170) has a first turbine (110) and is operable with a first working fluid, the second cycle (180) comprises a second turbine (120) and is operable with a second working fluid, a first coupling point (111) on the first turbine (110), a second coupling site (142) in the second cycle (180) upstream of an inlet (122) of the second turbine (120), the second coupling site (142) coupled to the first coupling site (111) such that thermal energy from the first working fluid is transferable to the second working fluid, a third coupling point (113) on the first turbine (110), wherein the third coupling point (113) upstream of the first coupling point (111) is arranged, and a fourth coupling site (144) in the second cycle (180) downstream of the second coupling site (142) and upstream of the inlet (122) of the second turbine (120), the fourth coupling site (144) being coupled to the third coupling site (113) is that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. System (100) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Koppelstelle (111) an einem Auslass der ersten Turbine (110) angeordnet ist.System (100) according to Claim 1 wherein the first coupling point (111) is disposed at an outlet of the first turbine (110). System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Turbine (110) eine Dampfturbine ist, und der erste Kreisprozess (170) ein Dampfturbinenprozess ist.System (100) according to Claim 1 or 2 wherein the first turbine (110) is a steam turbine, and the first cycle (170) is a steam turbine process. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Turbine (120) eine Organic Rankine Turbine ist, und der zweite Kreisprozess (180) ein Organic Rankine Prozess ist.System (100) according to any one of Claims 1 to 3 wherein the second turbine (120) is an Organic Rankine Turbine, and the second cycle (180) is an Organic Rankine Process. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Turbine (120) mit CO2, insbesondere überkritischem CO2 betreibbar ist.System (100) according to any one of Claims 1 to 3 , wherein the second turbine (120) with CO 2 , in particular supercritical CO 2 is operable. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine fünfte Koppelstelle (115) an der ersten Turbine (110), welche stromaufwärts der dritten Koppelstelle (113) angeordnet ist, und eine sechste Koppelstelle (146) in dem zweiten Kreisprozess (180), welche stromabwärts der vierten Koppelstelle (144) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) angeordnet ist und mit der fünften Koppelstelle (115) derart gekoppelt ist, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.System (100) according to any one of Claims 1 to 5 , further comprising a fifth coupling point (115) on the first turbine (110) located upstream of the third coupling point (113) and a sixth coupling point (146) in the second circular process (180) downstream of the fourth coupling point (144 ) and upstream of the inlet (122) of the second turbine (120) and is coupled to the fifth coupling point (115) such that heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 wobei die zweite Koppelstelle (142) und/oder die vierte Koppelstelle (144) einen Wärmetauscher aufweisen, in welchem Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist.System (100) according to any one of Claims 1 to 6 wherein the second coupling point (142) and / or the fourth coupling point (144) have a heat exchanger in which heat energy from the first working fluid to the second working fluid is transferable. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Kreisprozess (170) und der zweite Kreisprozess (180) derart konfiguriert sind, dass das erste Arbeitsfluid eine Minimaltemperatur aufweisen kann, welche höher ist als eine Minimaltemperatur des zweiten Arbeitsfluides.System (100) according to any one of Claims 1 to 7 wherein the first cycle (170) and the second cycle (180) are configured such that the first working fluid may have a minimum temperature that is higher than a minimum temperature of the second working fluid. System (100) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Kreisprozess (170) und der zweite Kreisprozess (180) derart konfiguriert sind, dass das erste Arbeitsfluid einen niedrigeren Minimaldruck aufweisen kann als das zweite Arbeitsfluid.System (100) according to any one of Claims 1 to 8th wherein the first cycle (170) and the second cycle (180) are configured such that the first working fluid may have a lower minimum pressure than the second working fluid. Verfahren zum Koppeln von Kreisprozessen (170, 180), wobei das Verfahren aufweist Bereitstellen eines ersten Kreisprozesses (170) mit einer ersten Turbine (110), wobei der erste Kreisprozess (110) mit einem ersten Arbeitsfluid betreibbar ist, Bereitstellen eines zweiten Kreisprozesses (180) mit einer zweiten Turbine (120), wobei der zweite Kreisprozess (120) mit einem zweiten Arbeitsfluid betreibbar ist, Koppeln des ersten Kreisprozesses (170) mit dem zweiten Kreisprozess (180) derart, dass Wärmeenergie von dem ersten Arbeitsfluid auf das zweite Arbeitsfluid übertragbar ist, Koppeln einer ersten Koppelstelle (111) in dem ersten Kreisprozess (170), insbesondere einen Auslass der ersten Turbine (110), mit einer zweiten Koppelstelle (142) in dem zweiten Kreisprozess (180) stromaufwärts eines Einlasses (122) der zweiten Turbine (120), und Koppeln einer dritten Koppelstelle (113) an der ersten Turbine (110), wobei die dritte Koppelstelle (113) stromaufwärts von der ersten Koppelstelle (111) angeordnet ist, mit einer vierten Koppelstelle (144) in dem zweiten Kreisprozess (180), wobei die vierte Koppelstelle (144) stromabwärts der zweiten Koppelstelle (142) und stromaufwärts des Einlasses (122) der zweiten Turbine (120) angeordnet ist.A method of coupling cycle processes (170, 180), the method comprising providing a first cycle (170) with a first turbine (110), wherein the first cycle (110) is operable with a first working fluid, providing a second cycle (180 ) with a second turbine (120), wherein the second cycle (120) is operable with a second working fluid, coupling the first cycle (170) to the second cycle (180) such that heat energy from the first working fluid is transferable to the second working fluid is Coupling a first coupling point (111) in the first cycle (170), in particular an outlet of the first turbine (110), with a second coupling point (142) in the second cycle (180) upstream of an inlet (122) of the second turbine (120 ), and coupling a third coupling point (113) to the first turbine (110), wherein the third coupling point (113) is arranged upstream of the first coupling point (111), with a fourth coupling point (144) in the second circular process (180) wherein the fourth coupling site (144) is located downstream of the second coupling site (142) and upstream of the inlet (122) of the second turbine (120).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110748391A (en) * 2019-10-10 2020-02-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 Supercritical carbon dioxide coupled LNG cold energy power generation system and method
CN114151153A (en) * 2021-11-14 2022-03-08 西北工业大学 For S-CO2High-efficiency heat recovery system of Brayton cycle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1943410B1 (en) * 2005-10-31 2011-11-23 Ormat Technologies Inc. Method and system for producing power from a source of steam
EP2559867A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-20 Alstom Technology Ltd Method for generating electrical energy with a combination power plant and combination power plant and device for carrying out the method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210430B4 (en) * 2013-06-05 2015-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Energy storage device for preheating feedwater
WO2014194400A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources Hybrid rankine cycle
FR3016025B1 (en) * 2013-12-30 2015-12-25 Fives COMBINATION OF A COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE UNIT AND A THERMAL POWER PLANT

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1943410B1 (en) * 2005-10-31 2011-11-23 Ormat Technologies Inc. Method and system for producing power from a source of steam
EP2559867A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-20 Alstom Technology Ltd Method for generating electrical energy with a combination power plant and combination power plant and device for carrying out the method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110748391A (en) * 2019-10-10 2020-02-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 Supercritical carbon dioxide coupled LNG cold energy power generation system and method
CN114151153A (en) * 2021-11-14 2022-03-08 西北工业大学 For S-CO2High-efficiency heat recovery system of Brayton cycle

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