DE2029689A1

DE2029689A1 - Gasturbinen Kraftanlage mit Druck luftspeicherung

Info

Publication number: DE2029689A1
Application number: DE19702029689
Authority: DE
Inventors: Theodor 8520 Buckenhof Schwarz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1970-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: CH531641A

Description

Gasturbinen-Kraftanlage mit Druckluftspeicherung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Kraftanlage mit Druckluftspeicherung, bei der die zu speichernde Verbrennungsluft während Stillstandszeiten der Gasturbine elektromotorisch verdichtet wird. Auf diese Weise gelingt es, in Schwachlastzeiten überschüssige Energie zu speichern und zur Deckung der Lastspitzen die Kraftanlage heranzuziehen. Im Gegensatz zu gebräuchlichen Gasturbinenanlagen werden dabei Gasturbine und Luftverdichter unabhängig voneinander zu verschiedenen Zeiten betrieben.
Zum Antrieb der Verdichter könnte man den dann motorisch zu betreibenden Gasturbinen-Generator heranziehen und auf diese Weise gesonderte Elektromotoren einsparen. Demgegenüber bedeuten die hierfür notwendigen lösbaren Wellenkupplungen aber für die zu übertragende Generator-Leistung einen großen technischen Aufwand, denn beim Verdichterbetrieb ist die Wellenverbindung zwischen Generator und Gasturbine zu lösen und andererseits eine Wellenkupplung zwischen dem jetzt motorisch betriebenen Generator und dem Verdichter einzurücken.
Für kleinere Leistungseinheiten kann dieser technische Aufwand unter Umständen nicht lohnen, da die Mehrkosten eines zusätzlichen Antriebsmotors für den Verdichter durch die höhere Betriebssicherheit und Verschleißfreiheit des starren Antriebes wettgemeeht werden können. Bei größeren Leistungseinheiten, bei denen die Einsparung einer zusätzlichen elektrischen Maschine zum Antrieb der Verdichter stärker ins Gewicht fällt, bereitet es aber Schwierigkeiten, betriebssichere Kupplungen für die hohen Leistungen zu bauen. Die zwischen Gasturbine und Generator befindliche Kupplung ist beim Übergang auf Verdichterbetrieb nach dem Erreichen der Nenndrehzahl zu lösen, sodaß dann der als Synchronmotor arbeitende Generator einen oder mehrere Verdichter anzutreiben vermag. Diese Kupplung muß naturgemäß für die volle Leistung der Gasturbine bemessen sein. Die auf der Verdichterseite befindliche Kupplung, die bei Generatorbetrieb gelöst sein muß, kann einfacherer Bauart sein, da das Ein- bzw.
Ausrücken dieser Kupplung im Stillstand erfolgen kann.
Wenn man für eine Einheit eine Leistung von beispielsweise 200 MW zugrunde legt, so müßte also die lösbare Kupplung zwischen Gasturbine und Generator für diese Leistung ausgelegt werden. Eine solche, meist als Überholkupplung auszubildende lösbare Wellenkupplung wäre aber sehr aufwendig und kostspielig. Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Anlage der beschriebenen Art, bei der der Verdichterantrieb durch motorischen Antrieb des Gasturbinengenerators sichergestellt ist, der Generator nunmehr in beispielsweise zwei Einzelgeneratoren aufgeteilt ist, von denen einer starr mit der Gasturbine gekuppelt, der andere jedoch wahlweise sowohl mit mindestens einem Verdichter als auch mit dem ersten Generator bzw. der Gasturbine kuppelbar ist. Diese Kupplung mit dem-freien Wellenende des ersten Generators kann eine im Stillstand bzw. bei Turn-Drehzahl lösbare Kupplung sein, wobei eine ebensolche Kupplung auch zwischen dem zweiten Generator und dem Verdichter vorzusehen ist. Für den Verdichterantrieb ist somit ein Frequenzanlauf mit Hilfe des starr mit der Gasturbine gekuppelten Generators möglich, wobei nach Synchronisieren des Motors mit dem Netz der Gasturbosatz wieder stillgesetzt wird. Somit entfällt eine während des Betriebes lösbare, für die volle Gasturbinenleistung bemessene Kupplung. Statt dessen wird nur eine für die erheblich geringere Verdichterleistung bemessene Kupplung benötigt, die nur im Stillstand oder Turn-Betrieb ein- und ausgerückt zu werden braucht, also wesentlich einfacher und billiger ist als eine Überholkupplung.
Für die Bemessung der Einzelgeneratoren bei der Aufteilung des Gasturbinengenerators in einen ersten und einen zweiten, gegebenenfalls auch einen dritten Generator ist es ausschlaggebend, wie lange die Einsatzzeiten der Anlage für Speicherbetrieb und für Spitzenlastbetrieb sind. Man kann dabei von einer verhältnismäßig kurzen Einsatzzeit der Gasturbine und einer entsprechend längeren Schwachlastzeit ausgehen und für die Bemessung von Gasturbine und Verdichterleistung Verhältnisse von etwa 2:1 bis 3:1 zugrunde legen. Bei einer Gasturbinenleistung, die, wie oben angegeben, beispielsweise 200 MW betragen mag, würde dann eine Verdichterleistung von ca. 65 bis 100 MW benötigt. Dementsprechend wird man den zweiten Generator und die lösbaren Kupplungen nur für etwa die gleiche oder eine geringere Leistung als die des ersten Generators zu bemessen brauchen.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
Die Gasturbine 1 mit der Brennkammer 2 ist mit einer Welle 3 starr mit der Welle 4 des ersten Generators 5 gekuppelt. Dieser Generatorteil 5 erzeugt zusammen mit dem wahlweise als Motor und als Generator arbeitenden zweiten Generatorteil 6 beim Gasturbinenbetrieb die volle elektrische Leistung, die über den Transformator 7 an das Verbrauchernetz geliefert wird. Die zwischen den Generatorteilen 5 und 6 befindliche lösbare Wellenkupplung 8 ist dabei eingerückt.
Die Welle des wahlweise als Generator und als Motor arbeitenden zweiten Generatorteiles 6 ist weiterhin mit einer lösbaren Wellenkupplung 10 mit einem dem Verdichterantrieb angehörenden Getriebe 11 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Verdichter 12 und 13 mit Zwischenkühlung 14 vorgesehen.
Die verdichtete Verbrennungsluft wird in einen nicht näher dargestellten Speicher geleitet, von wo sie bei Gasturbinenbetrieb über die Leitung 15 der Brennkammer 2 zugeführt wird.
Phasengleichheit der beiden Generatorteile 5 und 6 ist beim Einrücken der Kupplung 8 in einfacher Weise realisierbar. Bei Bemessung des Generatorteiles 6 für etwa gleiche oder geringere Leistung als der des Generatorteiles 5 braucht die Kupplung 8 nur höchstens für die Hälfte der Leistung der Gasturbine bemessen zu sein. Dies gilt auch für die lösbare Kupplung 10.
Trotz größerer Baulänge des Maschinensatzes ist durch die kleineren-und einfacheren Kupplungen der Aufwand an Anlagekosten geringer.
Wenn nach Anlauf durch die Gasturbine die Kupplung 8 ausgerückt wird und vorher die Kupplung 10 gelöst war, so kann der Generator 6 auch zur Phasenkompensation mit herangezogen werden.
4 Patentansprüche 1 Figur

Claims

BXtentansDrUche 1$ Gasturbinen-Kraftanlage mit Druckluftspeicherung, bei der die zu speichernde Verbrennungsluft während Stillstandszeiten der Gasturbine elektromotorisch verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung ;des Verdichterantriebes durch motorischen Betrieb des Gasturbinen-Generators der Generator in mindestens zwei Einzelgeneratoren (5,6) aufgeteilt ist, von denen einer (5) starr mit der Gasturbine (1) gekuppelt, der andere (6) jedoch wahlweise sowohl mit mindestens einem Verdichter (12,13) als auch mit dem ersten Generator (5) und der Gasturbine (i) kuppelbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Generator (6) für gleiche oder geringere Leistung bemessen ist als der erste Generator (5).
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Generator (6) als Phasenschieber heranziehbar ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasturbosatz mit dem ersten Generator (5) auch während des Phasenschieberbetriebes des zweiten Generators (6) arbeitet, wobei dieser Generator (5) bis zu seiner Nennleistung mit einem Leistungsfaktor 1 belastbar ist.

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