DE2702440A1

DE2702440A1 - Gasturbinenanlage mit nach dem gleitdruckprinzip arbeitenden luftspeicher eines kraftwerkes

Info

Publication number: DE2702440A1
Application number: DE19772702440
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Bojak; Ludwig Dipl Ing Kortenkamp
Original assignee: Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1977-01-19
Publication date: 1978-07-27

Description

Gasturbinenanlage mit nach dem Gleitdruckprinzip
arbeitenden Luftspeicher eines Kraftwerkes Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit nach den Gleitdruckprinzip arbeitenden Luftspeicher eines Kraftwerkes bei der die zu speichernde Verbrennungsluft während Stillstandszeiten elektromotorisch verdichtet wird.
Für derartige Gasturbinenanlagen ist ein Luftspeicher solchen Volumens erforderlich, der zur Deckung der Spitzenlast in einem Elektrizitätsnetz der Gasturbine die erforderliche Luftmenge zur Verfügung stellen kann.
Es ist bekannt, zur ErfUllung dieser Erfordernisse als Luftspeicher Salzstockkavernen vorzusehen (DT-OS 21 16 850). Fflr Luftspeicher als Kavernenspeicher ganz allgemein und besonders als Salzstockkavernenspeicher sind nur selten die geologischen Verhältnisse gegeben. Künstlich hergestellte Luftspeicher aus Beton oder Stahl in vergleichbaren Dimensionen wären zu teu. Bei den bekannten Kavernenspeichern nach dem Gleitdruckprinzip ist das Druckgefälle nur bis etwa siebzig Prozent vom maximalen Luftdruck ausnutzbar, da bei zu großen Druckabsenkungen Veränderungen im Gestein erfolgen können.
Die Erfindung soll das bessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Gasturbinenanlage einen Luftspeicher nach dem Gleitdruckprinzip zu schaffen, der unabhängig von geologischen bzw. geographischen Gegebenheiten dort installiert werden kann, wo ein Luftspeicher-Spitzenkraftwerk benötigt wird, und bei dem außerdem das Druckgefälle extrem weit ausnutzbar ist, wodurch als wesentliches Ergebnis relativ kleine Speichervolumen ausreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftspeicher zur Versorgung der Gasturbine mit Verbrennungsluft ein in der Nähe der Erdoberfläche befindlicher Luftspeicher ist, bei dem der Gleitdruckbereich den Druckbereich vom maximalen Luftdruck bis etwa zehn Prozent dieses maximalen Luftdruckes umfaßt.
Um gewährleisten zu können, daß der Luftspeicher allen Beanspruchungen bezüglich des maximalen Luftdruckes und eines maximalen Druckgefälles standhält, besteht der Luftspeicher aus Stahl.
Um sich gegebenen örtlichen Verhältnissen optimal anpassen zu können, ist erfindungsgemäß der Luftspeicher aus einem oder einer Mehrzahl von kugel- oder bzw. und zylinderförmigen Behältern gebildet.
Um Forderungen nach minimalem Raumbedarf und somit preisgünstiger Gestaltunq des Luftspeichers bei gleichzeitigem großem Massenstrom zur Gasturbine gerecht zu werden, ist bzw. sind nach der Erfindung die Brennkammer bzw. Brennkammern oder die der bzw. den Brennkammern nachgeschalteten Anlagenteile der Gasturbinenanlage mit einer bzw. jeweils einer Wassereinspritzvorrichtung versehen.
Zwecks optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden großen Luftdruckgefälles aus dem Luftspeicher besteht nach einer ferneren Ausgestaltung der Erfindung die Gas turbine aus einer Hochdruck-Gasturbine und einer Niederdruck-Gasturbine bzw. und einer zusätzlichen Mitteldruck-Gasturbine, die in einem bestimmbaren Hochdruckbereich des Luftspeichers in der obengenannten Reihenfolge hintereinander geschaltet und bei weiterem Absinken des Luftdruckes bis zum minimalen Luftdruck im Luftspeicher nach Umschaltung im Parallelbetrieb an den Luftspeicher angeschlossen sind.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich Luftspeicher-Kraftwerke mit den erfindungsgemäßen Luftspeichern überall, z. B. in Ballungszentren, erstellen lassen, wobei die Luftspeicher aus Stahl in einen größeren Gleitdruckbereich und die Brennkammern mit Wassereinspritzung betrieben und daher die Luftspeicher relativ kleiner ausgelegt werden können als die bekannten Luftspeicher. Zudem besteht durch sputere Beschaffung von einen oder mehreren Stahlbehältern die Möglichkeit einer nachtrAglichen Erweiterung des Luftspeichervolumens.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Kraftwerk mit einer Gasturbinenanlage und einem nach den Gleitdruckprinzip arbeitenden Luftspeicher in schenatischer Darstellung.
Zum Laden des Luftspeichers 1, der aus einem oder einer Mehrzahl von kugel- oder bzw. und zylinderförmigen Behältern gebildet ist und aus Stahl besteht, saugt ein Axialverdichter 2, der von einem als Motor laufenden Generator 3 angetrieben wird, Luft durch eine Ansaugleitung 4 aus der Atmosphäre an und verdichtet sie auf etwa 4 bar. In einem nachgeschalteten Radialverdichter 5 wird die Luft auf einen Speicherdruck von beispielsweise 100 bar verdichtet. Der Generator/Motor 3 ist mit dem Axialverdichter 2 durch eine selbstschaltende Synchronkupplung 6 verbunden. Zwischen dem Axialverdichter 2 und dem Radialverdichter 5 ist ein Getriebe 7 angeordnet. Zwischenkühler 8 und 9 im Verdichtungsprozeß sorgen für eine Minderung der Antriebsleistung und ein Nachkühler 10 für eine größere Aufnahmefähigkeit des Luftspeichers 1.
Für das Fahren der Spitzenlast erfolgt das Entladen des Luftspeichers 1. Dazu strömt Luft hohen Druckes durch eine Luftleitung 11, die zwecks Luftvorwärmung durch einen Luftvorwärmer 12 geleitet wird, durch ein Ventil 13 und die Brennkammer 14, die mit einem Ventil 15 für die Brennstoffzufuhr und einem Ventil 16 für die Wassereinspritzung in die Brennkammer 14 versehen ist, in die Hochdruck-Gasturbine 17 und von dort durch ein Ventil 18 in der Abgasleitung 19 der Hochdruck-Gasturbine 17 und die Brennkammer 20, die ein Ventil 21 für die Brennstoffzufuhr und ein Ventil 22 für die Wassereinspritzung aufweist, in die Niederdruck-Gasturbine 23 und weiter als Abgas durch die Abgas leitung 24 und den Luftvorwärmer 12 in die Atmosphäre. Die Wassereinspritzungen können mit derselben Wirkung auch in die den Brennkammern 14, 20 nachgeschalteten Anlagenteile erfolgen.
Die Brennkammer 20 der Niederdruck-Gasturbine 23 ist mit der Luftleitung 11 direkt durch eine Abzweigleitung 25 mit einem Ventil 26 verbunden.
Die Abgasleitung 19 der Hochdruck-Gasturbine 17 und die Abgasleitung 24 der Niederdruck-Gasturbine 23 sind durch eine Abzweigleitung 27 mit einem Ventil 28 verbunden.
Die Gasturbine 17, 23 treibt über eine selbstschaltende Synchronkupplung 29 den Generator 3 an.
Der oben geschilderte Vorgang zum Entladen des Luftspeichers 1 gilt für einen bestimmbaren Hochdruckbereich desselben, wobei bei geschlossenen Ventilen 26 und 28 die Hochdruck-Gasturbine 17 und die Niederdruck-Gasturbine 23 hintereinander geschaltet sind. Wird durch weiteres Absinken des Luftdruckes im Luftspeicher 1 der Hochdruckbereich verlassen, so werden die Ventile 26 und 28 geöffnet und das Ventil 18 geschlossen, so daß bis zum Erreichen des minimalen Luftdruckes im Luftspeicher 1 - bis etwa zehn Prozent vom maximalen Luftdruck - die Hochdruck-Gasturbine 17 und die Niederdruck-Gasturbine 23 im Parallelbetrieb fahren.
Dann werden die Ventile 13, 26 und 28 geschlossen und das Ventil 18 wieder geöffnet. Das Schalten der Ventile 13, 18, 26 und 28 kann von Hand oder mit Hilfe einer nicht dargestellten Vorrichtung automatisch erfolgen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Gasturbinenanlage mit nach dem Gleitdruckprinzip arbeitenden Luftspeicher eines Kraftwerkes, bei der die zu speichernde Verbrennungsluft während Stillstandszeiten der Gasturbine elektromotorisch verdichtet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Luftspeicher (1) zur Versorgung der Gasturbine (17, 23) mit Verbrennungsluft ein in der Nähe der Erdoberfliche befindlicher Luftspeicher (1) ist, bei den der Gleitdruckbereich den Druckbereich vmaximalen Luftdruck bis etwa zehn Prozent dieses maximalen Luftdrucks umfaßt.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g k e n n 2 e i c h n e t , daß der Luftspeicher (1) aus Stahl besteht.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Luftspeicher (1) aus einen oder einer Mehrzahl von kugel- oder bzw. und zylinderförmigen Behältern gebildet ist.
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Brennkammer (14) bzw Brennkammern (14, 20) oder die der bzw. den Brennkammern (14, 20) nachgeschalteten Anlagenteile der Gasturbinenanlage mit einer bzw. jeweils einer Wassereinspritzvorrichtung versehen ist bzw. sind.
5. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gasturbine (17, 23) aus einer Hochdruck-Gasturbine (17) und einer Niederdruck-Gasturbine (23) bzw. und einer zusätzlichen Mitteldruck-Gasturbine besteht, die in einem bestimmbaren Hochdruckbereich des Luftspeichers (1) in der obengenannten Reihenfolge hintereinander geschaltet und bei weiterem Absinken des Luftdrucks bis zum minimalen Luftdruck im Luftspeicher (1) nach Umschaltung im Parallelbetrieb an den Luftspeicher (1) angeschlossen sind.