DE10236326A1

DE10236326A1 - Gasspeicherkraftanlage

Info

Publication number: DE10236326A1
Application number: DE10236326A
Authority: DE
Inventors: Ralf Gerdes; Peter Keller-Sornig; Ilja Tuschy
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2003-03-06
Also published as: US20030037548A1; JP2003155934A; US7073335B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasspeicherkraftanlage (1) mit einer Turbinengruppe (3) und einer Kompressorgruppe (4). Die Turbinengruppe (3) weist mindestens eine Turbine (5, 6) und einen Generator (10) auf. Der Generator (10) gibt im Normalbetrieb der Turbinengruppe (3) Leistung direkt an einen Hauptverbraucher (11) ab. Die Kompressorgruppe (4) weist mindestens einen Kompressor (12) und einen Elektromotor (15) auf. Die Gasspeicherkraftanlage (1) weist außerdem eine Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) auf, die zur Aufnahme von Turbinen- und/oder Generatorleistung aktivierbar ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Gasspeicherkraftanlage mit wenigstens einer Turbinengruppe und wenigstens einer Kompressorgruppe sowie den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Auf der "Power-Gen 1995" präsentierten Gavin W. Paul von Westinghouse Electric Corporation, Michael McGill von Tejas Power Corporation und Robert W. Kramer, Ph. D. von Northern Indiana Public Service Company ihre Abhandlung "COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE OFFERS FLEXIBILITY FOR LOW COST PROVIDERS OF ELECTRICITY". In dieser Abhandlung wird eine Gasspeicherkraftanlage der eingangs genannten Art beschrieben, deren Turbinengruppe zwei Turbinen und einen Generator aufweist, die über eine Turbinenwelle miteinander antriebsverbunden sind. Die Kompressorgruppe weist einen Kompressor sowie einen Elektromotor auf, die über eine Kompressorwelle miteinander antriebsverbunden sind. Die Turbinengruppe und die Kompressorgruppe sind antriebsmäßig voneinander entkoppelt, d. h. zum einen, dass die Turbinenwelle und die Kompressorwelle nicht miteinander verbindbar sind, man nennt dies eine "Mehrwellenanordnung". Zum anderen bedeutet dies, dass der Generator ausschließlich als Generator arbeitet und der Elektromotor ausschließlich als Elektromotor arbeitet.

Eine derartige Gasspeicherkraftanlage wird in der Regel innerhalb eines sogenannten "Compressed-Air-Energy-Storage-Systems", kurz CAES-System, verwendet. Die Grundidee eines solchen CAES-Systems ist es, überschüssige (preiswerte) Energie, die von permanent betriebenen herkömmlichen Kraftwerksanlagen während der Grundlastzeiten (z. B. nachts und wochenends) erzeugt wird, zu speichern. Dazu wird mit Hilfe der überschüssigen Energie die angesprochene Kompressorgruppe betrieben, die Luft oder ein anderes Gas in einen unter einem relativ hohen Druck stehenden Gasspeicher pumpt. Aus diesem kann die Luft bzw. das Gas bei Bedarf zur Stromerzeugung mit der Turbinengruppe entnommen werden. Energie wird also in Form von potenzieller Energie abrufbar im Gasspeicher bevorratet. Als Speicher dienen beispielsweise ausgediente Kohle- oder Salzbergwerke.

Auf der "ASME TURBO EXPO 2001" stellten John Daly, R. M. Loughlin von Dresser-Rand, Mario DeCorso, David Moen von Power Tech Associates, Inc. und Lee Davis von Alabam Electric Cooperative, Inc. ihre Abhandlung "CAES - REDUCED TO PRATICE" vor. In dieser Abhandlung wird ebenfalls eine Gasspeicherkraftanlage der eingangs genannten Art beschrieben. Dort sind jedoch die Turbinengruppe und die Kompressorgruppe in sogenannter "Einwellenanordung" über Kupplungen mit einer gemeinsam genutzten elektrischen Maschine verbunden, die abwechselnd als Generator der Turbinengruppe und als Elektromotor für die Kompressorgruppe betrieben werden kann. Zum Aufladen des Gasspeichers arbeitet die Generator/Elektromotor-Einheit als Elektromotor und ist mit der Kompressorwelle fest verbunden, während die Turbinenwelle entkoppelt ist. Dementsprechend treibt der Elektromotor dann den Kompressor an. Zur Stromerzeugung arbeitet die Generator/Elektromotor-Einheit als Generator und ist mit der Turbinenwelle fest verbunden, während sie von der Kompressorwelle entkoppelt ist. Dementsprechend können die Turbinen den Generator antreiben.

Um mit Hilfe der Gasspeicherkraftanlage elektrische Energie zu erzeugen, muss die Turbinengruppe mit dem Generator verbunden gestartet werden. Die direkte Einspeisung des vom Generator erzeugten Stroms in das öffentliche Netz kann nur dann erfolgen, wenn der Generator mit dem Netz synchronisiert ist, d. h., wenn die Turbinenwelle ihre Nenndrehzahl erreicht hat. Um die Turbinenwelle aus dem Stillstand bis zur Nenndrehzahl zu beschleunigen, wird die Antriebsleistung der Turbine selbst genutzt. Zur zügigen Beschleunigung muss die Turbinenleistung die Reibungsverluste deutlich übersteigen. Bei der Synchronisation mit dem Netz darf die Turbinenleistung jedoch nicht höher als die Verlustleistung sein, um vor der Verbindung mit dem Netz eine weitere Beschleunigung der Welle über die Nenndrehzahl hinaus zu verhindern.

Sobald der Generator direkt mit dem Netz verbunden ist, gibt er an dieses elektrische Leistung ab und nimmt Antriebsleistung über die Turbinenwelle auf. Um den Übergang von Beschleunigung zu Synchronisation und Leistungsabgabe an das Netz zu bewerkstelligen, ist ein erheblicher Regelungsaufwand erforderlich. Entsprechendes gilt mit umgekehrten Vorzeichen für den Fall, dass zur Beendigung der Stromeinspeisung der Generator vom Netz getrennt wird. Damit die dann von der Turbinenwelle bereitgestellte überschüssige Antriebsleistung nicht zu einer Beschleunigung der Turbinenwelle führt, muss auch hier ein erheblicher Regelungsaufwand betrieben werden. Die Turbinenleistung muss unter die Verlustleistung abgesenkt werden, um die Turbinenwelle zu entschleunigen.

Grundsätzlich können die genannten Probleme beim Anschließen des Generators an das Netz bzw. beim Trennen des Generators vom Netz auch bei einer herkömmlichen Kraftwerksanlage auftreten, jedoch wirken sich dort diese Probleme aus verschiedenen Gründen nicht so stark aus. Bei schnell startenden konventionellen Gasturbinenanlagen wird ein erheblicher Teil der Antriebsleistung der Turbinenwelle vom damit gekoppelten Verdichter aufgenommen, wodurch sich die Regelung der Turbinenwellendrehzahl erheblich vereinfacht. Herkömmliche Kraftwerksanlagen in Dampfturbinenbauart sind für einen Permanentbetrieb ausgelegt und müssen nur sehr selten abgeschaltet bzw. gestartet werden. Dort ist für den Start oft eine wesentlich längere Zeitspanne vorgesehen. Im Unterschied dazu wird die Turbinengruppe einer Gasspeicherkraftanlage entsprechend dem oben erläuterten Grundgedanken eines CAES-Systems relativ häufig, insbesondere täglich, zu den Spitzenlastzeiten schnell gestartet und danach wieder vom Netz genommen. Dementsprechend ist hier der Bedarf nach einer Vereinfachung des Anfahr- bzw. des Herunterfahrvorgangs besonders groß.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Gasspeicherkraftanlage der eingangs genannten Art einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, den Aufwand zum Einstellen einer bestimmten Turbineneinstellung zu reduzieren.

Dieses Problem wird durch eine Gasspeicherkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Leistungsaufnahmeeinrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, unabhängig davon, ob und wieviel Leistung der Generator an den dafür vorbestimmten Hauptverbraucher direkt abgibt, Turbinenleistung und/oder Generatorleistung, also insbesondere mechanische Antriebsleistung der Turbine bzw. elektrische Leistung des Generator, bedarfsabhängig aufzunehmen. Hierdurch ist es möglich, Leistung an der Turbinengruppe abzugreifen, auch wenn der Generator noch nicht oder nicht mehr direkt mit dem vorgesehenen Hauptverbraucher verbunden ist. Beispielsweise kann mit dieser Leistungsaufnahmeeinrichtung beim Trennen des Generators vom vorbestimmten Hauptverbraucher eine Last erzeugt werden, die eine Beschleunigung der Turbine bei unverändert hoher Turbinenleistung verhindert. Die steuerbare oder regelbare Lastabnahme vereinfacht den Betrieb der Turbinengruppe in allen Betriebsphasen, insbesondere bei Belastungsänderungen durch den Hauptverbraucher und erhöht somit die Sicherheit im Betrieb der Kraftwerksanlage.

Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Leistungsaufnahmeeinrichtung eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung umfaßt, welche die Leistungsaufnahme der Leistungsaufnahmeeinrichtung so steuert bzw. regelt, dass die Turbinendrehzahl unabhängig von der Turbinenleistung einen vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt. Bei dieser Ausführungsform wird vor allem derjenige Fall berücksichtigt, dass der Generator von der direkten Versorgung des Hauptverbrauchers getrennt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung die Leistungsaufnahmeeinrichtung auch so regeln bzw. steuern, dass deren Leistungsaufnahme eine Differenz zwischen einer Solleistung, die im Normalbetrieb der Turbinengruppe vom Generator direkt an den Hauptverbraucher abgegeben wird, und einer höheren Ist-Leistung, die von der Turbinengruppe nach Abzug der Verlustleistung abgegeben wird, kompensiert. Eine Änderung der direkten Leistungsabgabe vom Generator an den Hauptverbraucher wirkt sich dann nicht auf die wenigstens eine Turbine aus, so dass auch die Drehzahl der Turbine konstant bleibt. Beispielsweise kann beim Einschalten der direkten Leistungsabgabe an den Hauptverbraucher bzw. beim Abschalten dieser direkten Leistungsabgabe an den Hauptverbraucher die Leistungsaufnahmeeinrichtung mit der entsprechenden, vom Generator an den Hauptverbraucher zu liefernden Leistung abgeschaltet bzw. zugeschaltet werden, so dass vor, während und nach dem Schaltvorgang an der Turbine die gleiche Leistung abgenommen wird.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Gasspeicherkraftanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gasspeicherkraftanlage, und
Fig. 2 bis 5 schaltplanartige Prinzipdarstellungen einer Turbinengruppe einer erfindungsgemäßen Gasspeicherkraftanlage, jedoch bei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Entsprechend Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Gasspeicherkraftanlage 1 einen Gasspeicher 2, eine Turbinengruppe 3 und eine Kompressorgruppe 4 auf. Da eine derartige Gasspeicherkraftanlage 1 üblicherweise mit Luft als Gas betrieben wird, kann eine derartige Anlage auch als Luftspeicherkraftanlage bezeichnet werden. Obwohl bei der hier gezeigten Ausführungsform die Gasspeicherkraftanlage 1 nur eine Turbinengruppe 3 und nur eine Kompressorgruppe 4 aufweist, ist klar, dass auch eine Ausführungsform mit mehreren Turbinengruppen 3 und/oder mit mehreren Kompressorgruppen 4 möglich ist.
Die Turbinengruppe 3 umfaßt in der hier gezeigten Ausführungsform zwei Turbinen, nämlich eine Hauptturbine 5 und eine Zusatzturbine 6. Ebenso ist eine Ausführungsform mit nur einer einzigen Turbine oder eine Ausführungsform mit mehr als zwei Turbinen möglich. Der Hauptturbine 5 ist eine Hauptbrennkammer 7 vorgeschaltet. In entsprechender Weise kann auch der Zusatzturbine 6 eine Zusatzbrennkammer 8 vorgeschaltet sein. Die beiden Turbinen 5 und 6 treiben über eine gemeinsame Turbinenwelle 9 einen Generator 10 an, der direkt an einen vorbestimmten Hauptverbraucher 11 anschließbar ist. Dieser Hauptverbraucher 11 ist üblicherweise durch das öffentliche Stromversorgungsnetz gebildet, in das die vom Generator 10 erzeugte elektrische Leistung eingespeist wird.
Die Kompressorgruppe 4 umfaßt hier zwei Kompressoren 12, die in Reihe angeordnet sind und über eine Kompressorwelle 13 antreibbar sind. Auch hier können bei einer anderen Ausführungsform auch mehr oder weniger als zwei Kompressoren 12 vorgesehen sein.
Bei der hier gezeigten speziellen Ausführungsform handelt es sich um eine Einwellen-Anordnung, bei welcher der Generator 10 durch eine Generator/Elektromotor-Einheit 14 gebildet ist, die entweder als Generator 10 oder als Elektromotor 15 schaltbar ist. Dementsprechend sind die Kompressoren 12 über die Kompressorwelle 13 vom Elektromotor 15 antreibbar. Um die Generator/Elektromotor-Einheit 14 sowohl in der Turbinengruppe 3 als Generator 10 als auch in der Kompressorgruppe 4 als Elektromotor 15 betreiben zu können, ist ein Rotor 16 der Generator/Elektromotor-Einheit 14 einerseits über eine Turbinenkupplung 17 mit der Turbinenwelle 9 verbindbar und andererseits über eine Kompressorkupplung 18 mit der Kompressorwelle 13 verbindbar.
Eine derartige Gasspeicherkraftanlage 1 arbeitet wie folgt:
Der Gasspeicher 2 wird in Zeiten, in denen überschüssiger Strom zur Verfügung steht, mit Hilfe der Kompressorgruppe 4 aufgeladen, wobei dann die Generator/Elektromotor-Einheit 14 als Elektromotor 15 geschaltet ist. Die Turbinenkupplung 17 ist dann offen, während die Kompressorkupplung 18 geschlossen ist. In Zeiten erhöhten Strombedarfs wird die Turbinengruppe 3 aktiviert, um Strom zu erzeugen. Die Generator/Elektromotor-Einheit 14 ist dann als Generator 10 geschaltet, wobei die Turbinenkupplung 17 geschlossen ist, während die Kompressorkupplung 18 geöffnet ist. Zur Leistungssteigerung bzw. Wirkungsgradverbesserung des Turbinenprozesses kann die Abgaswärme der Hauptturbine 5 in einem Rekuperator 19 zur Vorwärmung der Gase verwendet werden.
Im Normalbetrieb der Turbinengruppe 3 gibt der Generator 10 an den Hauptverbraucher 11 die erzeugte elektrische Leistung ab, die dem Generator 10 über die Turbinenwelle 9 als mechanische Leistung zugeführt werden muss. Eine direkte Leistungsabgabe vom Generator 10 an den Hauptverbraucher 11 ist, insbesondere dann, wenn es sich beim Hauptverbraucher 11 um das öffentliche Stromversorgungsnetz handelt, nur dann möglich, wenn die Turbinenwelle 9 eine vorbestimmt Drehzahl aufweist. Auf diese Nenndrehzahl sind die Komponenten der Turbinengruppe 3 ausgelegt. Um Beschädigungen der Komponenten der Turbinengruppe 3 zu verhindern, muß so sicher gestellt sein, dass die Turbinenwelle 9 die Nenndrehzahl nicht oder nicht wesentlich übersteigt.
Erfindungsgemäß besitzt die Gasspeicherkraftanlage 1 eine Leistungsaufnahmeeinrichtung 20, die Turbinenleistung und/oder Generatorleistung aufnehmen kann. In Fig. 1 sind drei verschiedene Varianten dieser Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 an der Gasspeicherkraftanlage 1 realisiert, die kumulativ oder alternativ sowie in anderen Kombinationen zur Anwendung kommen können.
Die Lastaufnahmeeinrichtung 20 kann z. B. einen statischen Frequenzwandler 21 aufweisen. Dieser Frequenzwandler 21 kann am Generator 10 elektrische Leistung abnehmen und diese an wenigstens einen elektrischen Zusatzverbraucher abgeben. Der Frequenzwandler 21 wandelt dabei an der Eingangsseite ankommende, variierende Eingangsfrequenzen an seiner Ausgangsseite in eine konstante Zielfrequenz um, um auf diese Weise auch dann Leistung am Generator 10 abnehmen zu können, wenn die Drehzahl der Turbinenwelle 9 die gewünschte Nenndrehzahl noch nicht oder nicht mehr aufweist. Bei der hier gezeigten besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der vom Frequenzwandler 21 versorgte Zusatzverbraucher mit dem Hauptverbraucher 11 identisch, wobei die Stromversorgung des Hauptverbrauchers 11 durch den Generator 10 nunmehr indirekt über den Frequenzwandler 21 erfolgt. Dementsprechend kann bereits beim Hochfahren der Turbinengruppe 3 Leistung am Generator 10 abgenommen und in den Hauptverbraucher 11 eingespeist werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 eine Bremseinrichtung aufweisen. Diese Bremseinrichtung ist, insbesondere gesteuert und/oder geregelt, mit einer von den Turbinen 5 und 6 angetriebenen Welle verbindbar und kann dadurch Antriebsleistung abnehmen. Beispielsweise kann diese Bremseinrichtung ein Schwungrad 22 aufweisen, das die abgenommene Antriebsleistung als kinetische Energie speichert. Das Schwungrad 22 wird dabei über eine Welle 23 angetrieben, die direkt von der Hauptturbine 5 angetrieben ist.
Alternativ oder zusätzlich kann diese Bremseinrichtung auch durch die Kompressorkupplung 18 gebildet sein, die dann in entsprechender Weise steuerbar und/oder regelbar ausgestaltet ist. Zur Abnahme der Antriebsleistung ist zusätzlich zur Turbinenkupplung 17 die Kompressorkupplung 18 geschlossen. Die Antriebsleistung der Turbinengruppe 3 wird ganz, teilweise oder überschüssig durch die Kompressorgruppe 12 verbraucht. Damit kann die Drehzahl der Turbinengruppe 3 je nach Bedarf konstant gehalten werden oder erhöht bzw. verringert werden.
In den Fig. 2 bis 5 ist die Gasspeicherkraftanlage 1 jeweils in Mehrwellen- Anordnung ausgeführt, bei der die Turbinenwelle 9 nicht mit der Kompressorwelle 13 koppelbar ist. Insbesondere können dadurch Kompressorgruppe 4 und Turbinengruppe 3 unabhängig voneinander betrieben werden. Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5 umfasst die Turbinengruppe 3 jeweils wieder die Hauptturbine 5, die Zusatzturbine 6, die Hauptbrennkammer 7 und den Rekuperator 19. Zwischen Hauptturbine 5 und Rekuperator 19 ist hier ein Brenner 24 angeordnet, um indirekt das erreichbare Temperaturniveau der Gase zu erhöhen, die im Rekuperator 19 erwärmt und der Zusatzturbine 6 zugeführt werden. Über die Turbinenwelle 9 treiben die Turbinen 5 und 6 den Generator 10 an, der im Normalbetrieb direkt den Hauptverbraucher 11 speist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Leistungsabnahmeeinrichtung 20 wieder durch den statischen Frequenzwandler 21 gebildet, der an den Generator 10 angeschlossen ist. Auch bei dieser Ausführungsform speist der Frequenzwandler 21 den Hauptverbraucher 11, wenn der Generator 10 noch nicht oder nicht mehr direkt an seinen Hauptverbraucher 11 angeschlossen ist.
Entsprechend Fig. 3 kann der vom Frequenzwandler 21 mit elektrischer Leistung versorgte Zusatzverbraucher durch den Elektromotor 15 der Kompressorgruppe 4 gebildet sein. Auf diese Weise kann auch bei einer Mehrwellen-Anordnung die an der Turbinengruppe 3 abgenommene Leistung zum Betrieb der Kompressorgruppe 4 verwendet werden.
Entsprechend Fig. 4 kann die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 auch einen elektrischen Widerstand 25 aufweisen, der bei seiner Aktivierung dem Generator 10 elektrische Leistung entzieht. Diese wird dabei in Wärme umgewandelt und kann mit Hilfe eines entsprechenden Kühlkreises 26 am Widerstand 25 abgezogen und einer entsprechenden Wärmesenke 30 zugeführt werden. Beispielsweise kann dadurch das im Gasspeicher 2 bevorratete Gas erwärmt werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Leistungsabnahmeeinrichtung 20 wieder als Bremseinrichtung ausgebildet, die über die von den Turbinen 5 und 6 angetriebene Welle 23 Antriebsenergie aus der Turbinengruppe 3 entzieht. Diese Bremseinrichtung kann beispielsweise durch eine nicht näher erläuterte Reibungsbremse 29 gebildet sein, welche die abgenommene Antriebsleistung im wesentlichen in Wärme umwandelt. Auch hier kann mit Hilfe des Kühlkreises 26 die erzeugte Wärme abgeführt und zweckmäßig einer entsprechenden Wärmesenke 30 zugeführt werden.
Die Bremseinrichtung kann aber auch als Impulsrad zur Erzeugung und/oder Umlenkung einer Fluidströmung ausgebildet werden; gegebenenfalls hierbei entstehende Wärme kann ebenfalls abgeführt werden.
Mit Bezug auf die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 ist es zweckmäßig, wenn die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 außerdem eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 27 aufweist, mit der die Leistungsaufnahme der Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 gesteuert bzw. geregelt werden kann. Zu diesem Zweck steht die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 27 über entsprechende Steuerleitungen bzw. Regelleitungen 28 mit der jeweiligen steuerbaren Komponente der Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 in Verbindung. Um Beschädigungen der Komponenten der Turbinengruppe 3 zu verhindern, ist diese Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 27 zweckmäßig so ausgestaltet, dass sie die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 jeweils so regelt bzw. steuert, dass die Turbinendrehzahl einen vorgegebenen Stellwert nicht übersteigt. Hierdurch kann z. B. beim Trennen des Generators 10 vom Hauptverbraucher 11 ein Anstieg der Turbinendrehzahl vermieden werden.
Gerade beim Aktivieren der direkten Verbindung zwischen Generator 10 und Hauptverbraucher 11 bzw. beim Deaktivieren dieser Verbindung kann der Regelungsaufwand für die Turbinengruppe 3 erheblich vereinfacht werden, wenn vor, während und nach der Zu- bzw. Abschaltung der Turbinen 5 und 6 etwa die gleiche Antriebsleistung erzeugt werden muss. Zweckmäßig steuert bzw. regelt die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 27 daher die Leistungsaufnahme der Lastabnahmeeinrichtung 20 dann so, dass die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 während des Überganges eine Leistungsdifferenz kompensiert, die zwischen der momentan vom Generator 10 direkt an den Hauptverbraucher 11 abgegebenen Ist-Leistung und einer gewünschten Soll-Leistung der Turbinengruppe 3 vorliegt.
Neben diesen Schaltvorgängen wird außerdem der Betrieb in sämtlichen Betriebszuständen der Turbinengruppe 3 einfacher handhabbar und insbesondere sicherer steuerbar, wenn über die Leistungsaufnahmeeinrichtung 20 bedarfsabhängig mehr oder weniger Leistung an der Turbinenwelle 9 bzw. am Generator 10 abgenommen werden kann. Bezugszeichenliste 1 Gasspeicherkraftanlage
2 Gasspeicher
3 Turbinengruppe
4 Kompressorgruppe
5 Hauptturbine
6 Zusatzturbine
7 Hauptbrennkammer
8 Zusatzbrennkammer
9 Turbinenwelle
10 Generator
11 Hauptverbraucher
12 Kompressor
13 Kompressorwelle
14 Generator/Elektromotor-Einheit
15 Elektromotor
16 Rotor von 10, 14, 15
17 Turbinenkupplung
18 Kompressorkupplung
19 Rekuperator
20 Leistungsaufnahmeeinrichtung/Bremseinrichtung
21 statischer Frequenzwandler
22 Schwungrad
23 Welle
24 Brenner
25 Widerstand
26 Kühlkreis
27 Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
28 Steuerleitung, Regelleitung
29 Reibungsbremse
30 Wärmesenke

Claims

1. Gasspeicherkraftanlage
mit wenigstens einer Turbinengruppe (3), die wenigstens eine Turbine (5, 6) und wenigstens einen Generator (10) aufweist, die miteinander antriebsverbunden oder antriebsverbindbar sind, wobei der Generator (10) im Normalbetrieb der Turbinengruppe (3) Leistung direkt an wenigstens einen vorbestimmten Hauptverbraucher (11) abgibt, und
mit wenigstens einer Kompressorgruppe (4), die wenigstens einen Kompressor (12) und wenigstens einen Elektromotor (15) aufweist, die miteinander antriebsverbunden oder antriebsverbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) vorgesehen ist, die zur Aufnahme von Turbinen- und/oder Generatorleistung aktivierbar ist.

2. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (27) vorgesehen ist, welche die Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) so regelt und/oder steuert, dass die Turbinendrehzahl einen vorgegebenen Schwellwert nicht übersteigt.

3. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (27) vorgesehen ist, welche die Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) so regelt und/oder steuert, dass die Leistungsaufnahme der Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) eine Differenz zwischen einer vom Generator (10) direkt an den wenigstens einen Hauptverbraucher (11) abzugebenden Soll-Leistung und einer momentan verfügbaren Ist-Leistung kompensiert.

4. Gasspeicherkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) einen statischen Frequenzwandler (21) aufweist, der bei aktivierter Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) am Generator (10) elektrische Leistung abnimmt und an wenigstens einen elektrischen Zusatzverbraucher (11; 15) abgibt.

5. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler (21) elektrische Leistung an den Elektromotor (15) oder an die Elektromotoren (15) der Kompressorgruppe (4) abgibt.

6. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler (21) elektrische Leistung an den wenigstens einen Hauptverbraucher (11) abgibt.

7. Gasspeicherkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) einen elektrischen Widerstand (25) aufweist, der bei aktivierter Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) am Generator (10) elektrische Leistung abnimmt und in Wärme umwandelt.

8. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (25) mit einem Kühlmedium gekühlt wird, wobei die vom Kühlmedium aufgenommene Wärme wenigstens einer Wärmesenke (30) zugeführt wird.

9. Gasspeicherkraftanlage nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) eine Bremseinrichtung (20, 18) aufweist, die mit einer von der wenigstens einen Turbine (5, 6) angetriebenen Welle (23; 16) zur Abnahme von Antriebsleistung verbindbar ist.

10. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung ein Schwungrad (22) aufweist, das die abgenommene Antriebsleistung als kinetische Energie speichert.

11. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung eine Reibungsbremse (29) aufweist, welche die abgenommene Antriebsleistung im wesentlichen in Wärme umwandelt.

12. Gasspeicherkraftanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungsbremse (29) mit einem Kühlmedium gekühlt wird, wobei die vom Kühlmedium aufgenommene Wärme wenigstens einer Wärmesenke (30) zugeführt wird.

13. Gasspeicherkraftanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung eine Kupplungseinrichtung (18) aufweist, die eine von der wenigstens einen Turbine (5, 6) angetriebene Welle (16) steuerbar und/oder regelbar mit einer den wenigstens einen Kompressor (12) der Kompressorgruppe (4) antreibenden Welle (13) verbindet, derart, dass durch eine entsprechende Betätigung der Kupplungseinrichtung (18) bei aktivierter Leistungsaufnahmeeinrichtung (20) mehr oder weniger Antriebsleitung zum Antreiben des wenigstens einen Kompressors (12) abgenommen wird.

14. Gasspeicherkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Turbinengruppen (3) und wenigstens eine der Kompressorgruppen (4) als Anordnung mit gemeinsamer Welle oder als Anordnung mit separaten Wellen ausgebildet sind.