DE2941252A1 - De-centralised electric power and heating plant - uses gas turbine to drive power generator and hot exhaust gases for heating purposes - Google Patents

Abstract

The decentralised power plant is intended for family houses, block of flats, and possible small industrial plants. The combination of electric power and heat generation for a household can achieve up to 90% efficiency as compared with conventional 25 to 30% of normal power plants. The system uses a gas turbine for a generator drive, and the exhaust gas heat energy is used for heating or preparation of hot water. This system may be combined with solar energy collection, both for current generation and heating. The current generation may be provided by solar cells. The daily demand may be covered by heat storage arrangements, e.g. using electrochemical batteries. In case of a turbine failure a 12 V d.c. or 220 V a.c. starter may be applied for emergency operation.

Description

Verfahren zur dezentralen Erzeugung von Elektro- und Wärme-EnergieProcess for the decentralized generation of electrical and thermal energy

Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches.PRIOR ART The invention relates to a method of the type of the main claim.

Es ist allgemein bekannt, daß die Umwandlung von thermischer in elektrische Energie mit relativ schlechten Wirkungsgraden erfolgt, wenn die "Müll"-Wärme ungenutzt bleibt. Das trifft für die derzeit eingeführte zentrale Erzeugung von elektrischer Energie im Elektrizitätswerk und bei der Verteilung dieser Energie zu. Der Endverbraucher kommt damit nicht in den Genuß der auch z.B. zum Heizen im erheblichen Umfang benötigten Wärmeenergie. Hierfür sind dezentral Heizungsanlagen installiert, deren Kapazität nur um ca. 10 bis 15 % erweitert werden müßte, um auch die benötigte elektrische Energie dezentral mit gutem Gesamtwirkungsgrad zu erzeugen.It is well known that the conversion of thermal to electrical Energy with relatively poor efficiencies occurs when the "garbage" heat is unused remain. This applies to the currently introduced central generation of electrical Energy in the power station and in the distribution of this energy. The end user thus does not benefit from what is also required to a considerable extent for heating, for example Thermal energy. For this, decentralized heating systems are installed, their capacity would only have to be expanded by approx. 10 to 15% to also include the required electrical Generate energy decentrally with good overall efficiency.

Z.Zt. wird in erheblichem Umfang Primärenergie vergeudet.Currently a significant amount of primary energy is wasted.

Für eine weitgehende Nutzung der Sonnenenergie müssen z.Zt. insbesondere in unseren Breiten große Empfängerflächen und große Speicher eingesetzt werden, die sich wegen hoher Kosten nicht in vernünftigen Zeiträumen amortisieren. Die Sonnenenergie kann deshalb auf absehbare Zeit nicht umfassend genutzt werden.For extensive use of solar energy, in particular In our latitudes, large receiving areas and large storage units are used, which due to high costs do not pay for themselves in reasonable periods of time. The solar energy therefore cannot be used extensively in the foreseeable future.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Vorschlag mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche hat die Vorteile: - Einsparung von bis zu 75 % der bisher zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzten Primärenergie - Reduzierung des Baus von Großkraftwerken - Autarkie bei Störungen und in Krisenzeiten - weitgehend bedarfsgerechte Erzeugung von Elektro- und Xårme-Energie - sinnvolle Nutzung der Sonnenenergie als Ergänzung zur dezentr. Versorgung - Abbau wechselnden Bedarfs an Elektro-Energie - Bessere Nutzung der Kraftwerke durch Abbau der Lastwechsel - Bessere Nutzung der Niedrigtemperatur-Wärme - Umweltfreundlichkeit - nur verhältnismäßig geringer mechanisch-elektrischer Wirkungsgrad erforderlich - einfache Steuer- und Regelmöglichkeiten - optimale Ausnutzung vorhandener Heizungssysteme - gute Anpassungsmöglichkeiten an bekannte energiesparende Maßnahmen - geringer Unterhalts- und Wartungsaufwand Zeichnungen Im Sinne des erfindungsmäßen Verfahrens zeigt Abb. 1 das allgemeine Prinzip der dezentralen Versorgung in einem z.B. Einfamilienhaus, während Abb. 2 die zur dezentralen Erzeugung der elektrischen Energie unmittelbar erforderlichen Haupt-Aggregate näher erläutert.Advantages of the invention The proposal according to the invention with the characterizing Features of the claims has the advantages: - Saving up to 75% of the previous one Primary energy used to generate electrical energy - reduction of the Construction of large power plants - self-sufficiency in the event of malfunctions and in times of crisis - largely Demand-based generation of electrical and Xårme energy - sensible use of the Solar energy as a supplement to the decentralized. Supply - reduction of changing needs to electrical energy - better use of power plants by reducing load changes - Better use of low-temperature heat - environmental friendliness - only proportionately low mechanical-electrical efficiency required - simple control and Control options - optimal use of existing heating systems - good adaptation options known energy-saving measures - low maintenance and servicing costs Drawings In terms of the inventive method, Fig. 1 shows the general The principle of decentralized supply in a single-family house, for example, while Fig. 2 those directly required for the decentralized generation of electrical energy Main units explained in more detail.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Der bisherige Ölbrenner von z.B. Zentralheizungssystemen wird z.B. durch eine Gasturbine bekannter Art oder z.B. durch eine mit Verbrennungsgasen betriebene Brayton-Turbine ersetzt, die einen Generator antreiben. Die zur Arbeitsleistung für Kompressor und Elektro-Generator benötigte kinetische Energie wird dabei durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen, wie hauptsächlich Öl u./o. Gas erzeugt. Geheizt wird nach wie vor hauptsächlich mit Verbrennungsgasen.Description of the exemplary embodiment The previous oil burner from e.g. central heating systems is e.g. by a gas turbine of known type or e.g. replaced by a Brayton turbine operated with combustion gases, which has a Drive generator. The work performance for the compressor and electric generator required kinetic energy is generated by burning fossil fuels, like mainly oil and / or. Gas generated. It is still mainly heated with combustion gases.

Auch bei schlechtem Wirkungsgrad zur Erzeugung der Elektro-Energie ( - 15 %) kann der Strombedarf in der kühlen Jahreszeit (ca. 10 bis 15 % des Wärmebedarfes) gut gedeckt werden. Der im Sommer über die Erzeugung von Strom aus Wärmebedarf hinausgehende Verbrauch elektrischer Energie kann aus dem Netz oder z.B. mittels Solarzellen aus Sonnenenergie gedeckt werden. Im Netzverbund ist die Turbine als Antriebsaggregat für den Generator besonders gut geeignet, da sie leistungsmäßig an den durchschnittlichen Tagesverbrauch elektrischer Energie gut angepaßt werden kann und sie z.B. mit einem vom Netz betrIebenen elektr. Anlasser sehr einfach einen spannungs-, frequenz- und phasengerechten Betrieb des Generators ermöglicht.Even with poor efficiency for generating electrical energy (- 15%) the electricity demand in the cool season (approx. 10 to 15% of the heat demand) are well covered. That which goes beyond the generation of electricity from heat demand in summer Consumption of electrical energy can come from the grid or e.g. by means of solar cells Solar energy are covered. The turbine is used as the drive unit in the network Particularly well suited for the generator, as its performance is close to the average Daily consumption of electrical energy can be adjusted well and you can use it e.g. with a from the network operated electr. Starter very easily a voltage, frequency and enables phase-correct operation of the generator.

Die Sonneneinstrahlung fällt bereits dezentral an, sie ist zum Wärmebedarf weitgehend synchron und muß nur eine zur dezentralen Versorgung ergänzende Funktion übernehmen. Die Sonne wird gebraucht, wenn sie scheint, dabei bleiben Flächen und Speicher klein, da sie nur Tageswerte decken und puffern müssen.The solar radiation is already decentralized, it is for the heat demand largely synchronous and only has to have a function in addition to the decentralized supply take over. The sun is needed when it shines, so there are surfaces and Small memories because they only have to cover and buffer daily values.

Bei geeignet angepaÅtem Einsatz von Wärme- u./o. Elektrospeichern (z.B.With appropriately adapted use of heat and / or Electric storage (e.g.

Akkumulatoren) sowie entspr. Steuer-, Regel- und Wandler-Einrichtungen ist eine gänzliche Unabhängigkeit vom Elektrizitätswerk erreichbar.Accumulators) as well as corresponding control, regulating and converter devices Complete independence from the electricity company can be achieved.

Flir die Gewährleistung der Notstrom-Funktion des Systems ist z.B. für einen 4-Personen-Haushalt nur ein normaler PkW-Akkumulator notwendig.To ensure the emergency power function of the system, e.g. only a normal car battery is required for a 4-person household.

Verwirklichung (@@@@ @@@.1) a) kurzfristig Pos. 3 bis 15 (8 ev.+ Elektroboiler, 11 auch mit schlechtem elektr. Realization (@@@@ @@@. 1) a) short term pos. 3 to 15 (8 ev. + Electric boiler, 11 also with bad electr.

13 ev. nur Wärmespeicher oder Netzverbund b) mittelfristig: (wie a) ausgenommen: Pos. 2 bis 16 4 Niedertemp.-Heizung, 7 Boiler u. Heizkessel getrennt vom Brennraum, 11 mit besserem t elektr. 13 possibly only heat storage or network network b) medium-term: (like a) Except: Pos. 2 to 16 4 low-temperature heating, 7 separate boilers and boilers from the combustion chamber, 11 with better t electr.

und 7 gesamt) c) langfristig: (wie b) ausgenommen: Pos. 1 bis 17 3 ev. Gleichstrom, 7 u. 17 ev. für feste Brennstoffe, 13 Batterie + Wärmespeicher ev. ohne 15 16 Dreifach-Vergl.) and 7 total) c) long-term: (as b) except: items 1 to 17 3 possibly direct current, 7 and 17 possibly for solid fuels, 13 battery + heat storage possibly without 15 16 triple comp.)

Claims (12)

Ansprüche t Verfahren zur dezentralen Strom- und Wärme-Energieversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Verbrennungsgase angetriebene Turbine einen Generator betreibt, während die Wärmeenergie insbesondere die der heißen Abgase wie üblich zum Heizen usw. genutzt wird.Claims t Process for decentralized electricity and heat energy supply, characterized in that a turbine driven by combustion gases has a Generator operates while the thermal energy is particularly that of the hot exhaust gases is used as usual for heating etc. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenenergie zur Stromerzeugung wie auch zur Bereitstellung der Wärmeenergie hinzugezogen wird (z.B. kombinierter, d.h. mit Solarzellen bestückter sonst üblicher Sonnenkollektor). 2. The method according to claim 1, characterized in that the solar energy is used to generate electricity as well as to provide thermal energy (e.g. combined, i.e., otherwise common solar collector equipped with solar cells). 3. Verfahren nach Anspruch 1 u./o..dadurch gekennzeichnet, daß zur Pufferung täglichen Bedarfs Wärme- u./o. elektrochemische Speicher eingesetzt werden. 3. The method according to claim 1 u./o .. characterized in that for Buffering daily need for heat and / or electrochemical storage systems are used. 4. Verfähren nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ausfall der Netz-Energie mindestens ein z.B. elektro-chemischer Speicher eingesetzt wird. 4. Method according to Claims 1 and 3, characterized in that for the failure of the network energy at least one e.g. electro-chemical storage device is used. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1, 3 und 4, daß für das Anlaufen der Turbine ein z.B. 12 Volt-GlXeichstrom- u./o. 220-Volt-Wechselstrom-Anlasser, für Notstrombetrieb eventuell mit Gleich-Wechselstrom-Wandler, eingesetzt wird. 5. The method according to claims 1, 3 and 4 that for starting the Turbine e.g. a 12 volt direct current and / or 220 volt AC starter, for Emergency power operation, possibly with a DC-AC converter, is used. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Generator auch als Anlaß-Motor der Turbine benutzt wird. 6. The method according to claims 1, 3, 4 and 5, characterized in that that the generator is also used as a starter motor for the turbine. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur mit dem Netz übereinstimmenden Einstellung von Spannung, Frequenz und Phase ein wie ein netzbetriebener Elektromotor (Synchronmotor) arbeitender Anlasser zum Einlaufen der Turbine benutzt wird. 7. Process according to Claims 1,5 and 6, characterized in that for setting voltage, frequency and phase in accordance with the network a starter that works like a mains-powered electric motor (synchronous motor) for Running-in of the turbine is used. 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der mechanischen u./o. wärmetechnischen Arbeit einer Gasturbine u./o. 8. Process according to Claims 1 to 7, characterized in that with the mechanical u./o. thermal work of a gas turbine and / or elektrischen Energie einer Gasturbine mit Generator zusätzlich eine Absorber- o. Kompressor-Wärmepumpe betrieben wird. electrical energy of a gas turbine with generator in addition one Absorber or compressor heat pump is operated. 9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung von mechanischer Arbeit una Wärme-Energie auch eine Dampfmaschine o. Dampfturbine benutzt wird - insbesondere bei der Verfeuerung fester Brennstoffe. 9. Process according to Claims 1 to 8, characterized in that A steam engine is also used to provide mechanical work and heat energy o. Steam turbine is used - especially when burning solid fuels. 10. Verfahren nach * Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der elektrischen Energie aus Wärme ein thermo-ionischer "Brenner" eingesetzt wird. 10. The method according to * claims 2 to 4, characterized in that that a thermo-ionic "burner" is used to generate electrical energy from heat is used. 11. Verfahren nach Ansprüchen 2,-4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung von mechanischer Arbeit und Wärmeenergie auch "Kleinst "-Kernreaktoren eingesetzt werden. 11. The method according to claims 2, -4 and 9, characterized in, that for the provision of mechanical work and thermal energy also "small" nuclear reactors can be used. 12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß z.B. 12. The method according to claims 1 to 9, characterized in that e.g. zur Verbesserung der Abgasverunreinigung eine Nachverbrennung der Gase erfolgt. to improve the exhaust gas pollution an afterburning of the Gases takes place.