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    • 专利摘要:
    Eine Luftspeicher-Kraftwerksanlage umfasst einen ersten Wellenstrang (1) und einen zweiten Wellenstrang (2). Auf dem ersten Wellenstrang (1) sind eine Gasturbogruppe (11), eine elektrische Maschine (12) und ein Kompressor (13) angeordnet. Zwischen der elektrischen Maschine und der Gasturbogruppe, respektive dem Kompressor sind schaltbare Kupplungselemente (14, 15) angeordnet. Die Kupplungselemente ermöglichen es, wahlweise eine Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Gasturbogruppe (11) oder dem Kompressor (13) herzustellen. Auf dem zweiten Wellenstrang (2) sind eine Entspannungsmaschine (21) zur arbeitsleistenden Entspannung eines Druckspeicherfluids, eine elektrische Maschine (22) sowie ein Kompressor (23) angeordnet. Zwischen der elektrischen Maschine und der Entspannungsmaschine, respektive dem Kompressor sind schaltbare Kupplungselemente (24, 25) angeordnet, welche es ermöglichen, die elektrische Maschine wahlweise mit der Entspannungsmaschine und dem Kompressor zu verbinden. Die elektrischen Maschinen sind dabei sowohl generatorisch als auch elektromotorisch betreibbar.An air storage power plant comprises a first shaft train (1) and a second shaft train (2). On the first shaft train (1), a gas turbine group (11), an electric machine (12) and a compressor (13) are arranged. Switchable coupling elements (14, 15) are arranged between the electric machine and the gas turbine group, respectively the compressor. The coupling elements make it possible, optionally, to establish a connection between the electric machine and the gas turbine group (11) or the compressor (13). On the second shaft train (2), a relaxation machine (21) for work-performing expansion of a pressure storage fluid, an electric machine (22) and a compressor (23) are arranged. Between the electric machine and the expansion machine, respectively the compressor switchable coupling elements (24, 25) are arranged, which make it possible to connect the electric machine optionally with the expansion machine and the compressor. The electric machines are operated both generator and electric motor.
    公开号:DE102004007482A1
    申请号:DE102004007482
    申请日:2004-02-13
    公开日:2005-09-15
    发明作者:Rolf Dr. Althaus；Martin Koller
    申请人:Alstom Technolgoy AG；
    IPC主号:F02C6-16
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage gemäss dem Oberbegriffdes Patentanspruch 1.TheThe present invention relates to a power plant according to the preambleof claim 1.
    [0002] Druckspeicherkraftwerksanlagensind im Stand der Technik beispielsweise in der US 2003/0131599oder der US 5,537,822 bekanntgeworden.Die Speicherung des Speicherfluids erfolgt im Allgemeinen bei Drücken von über 50 bar,insbesondere über100 bar, schon, um in den vorhandenen Speichervolumina möglichstviel Energie speichern zu können.Die US 5,537,822 offenbartdabei auch Kraftwerksanlagen, bei denen ein Verdichter und eineEntspannungsmaschine gemeinsam mit einer sowohl elektromotorischals auch generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine auf einemgemeinsamen Wellenstrang angeordnet sind. Weiterhin offenbart die US 5,537,822 Kraftwerksanlagen,bei denen neben einer einwelligen Luftspeicheranordnung eine Gasturbogruppeangeordnet ist. Eine derartige Anordnung kann als nachteilig betrachtetwerden, weil beispielsweise jeweils die gesamte Kompressorleistungbetrieben werden muss. Im Ladebetrieb der Luftspeicheranlage zeigtsich daher ein geringer Grad an Flexibilität. Weiterhin muss sowohl aufdem Wellenstrang der Luftspeicheranordnung als auch auf den Wellenstrangder Gasturbogruppe eine elektrische Maschine angeordnet sein. Dieelektrische Maschine, welche auf dem Wellenstrang der Luftspeicheranordnungangeordnet ist, muss fürdie maximale Leistung der Entspannungsmaschine und der Kompressorenausgelegt sein. Die elektrische Maschine der Gasturbogruppe wirdhingegen im Ladebetrieb der Luftspeicheranlage nicht genutzt. Unter derMaßgabe,dass die Verdichterleistung größer ist alsdie Leistung der Entspannungsmaschine, muss die elektrische Maschineder Luftspeicheranordnung grösserbemessen sein, als dies fürden Leistungsbetrieb notwendig wäre.Im Gegenzug bleibt die elektrische Maschine der Abgasturbogruppeim Ladebetrieb, in dem das Luftspeichervolumen mit Druckspeicherfluid aufgeladenwird, ungenutzt. In der Folge resultiert einerseits die Notwendigkeit,eine elektrische Maschine zu überdimensionieren,währendauf der anderen Seite eine andere elektrische Maschine zeitweiseungenutzt bleibt.Pressure accumulator power plants are known in the art, for example in US 2003/0131599 or US 5,537,822 known. The storage of the storage fluid is generally carried out at pressures of over 50 bar, in particular over 100 bar, already in order to store as much energy in the existing storage volumes can. The US 5,537,822 also discloses power plants, in which a compressor and a relaxation machine are arranged together with a both electric motor and generator-operable electric machine on a common shaft train. Furthermore, the disclosure US 5,537,822 Power plants in which a gas turbine group is arranged in addition to a single-shaft air storage arrangement. Such an arrangement can be considered disadvantageous because, for example, in each case the entire compressor power must be operated. In the loading operation of the air storage system therefore shows a low degree of flexibility. Furthermore, an electric machine must be arranged both on the shaft train of the air storage arrangement and on the shaft train of the gas turbine group. The electric machine, which is arranged on the shaft train of the air storage device, must be designed for the maximum performance of the expansion machine and the compressors. The electric machine of the gas turbine group, however, is not used in the loading operation of the air storage system. Under the proviso that the compressor power is greater than the performance of the expansion machine, the electrical machine of the air storage device must be sized larger than would be necessary for the power operation. In turn, the electric machine of the exhaust gas turbocharger remains in the loading mode, in which the air storage volume is charged with pressure accumulator fluid, unused. As a result, on the one hand results the need to over-dimension an electric machine, while on the other hand, another electric machine remains temporarily unused.
    [0003] Zudemhat sich gezeigt, dass bei Druckverhältnissen, welche über 50 odergar über100 liegen, Verdichter und/oder auf einem Wellenstrang angeordneteVerdichtereinheiten mit hohen Leistungen, welche über rund120 MW liegen, erhebliche Probleme aufwerfen. Nach dem Stand derTechnik sind Turboverdichter fürdie genannten Druckverhältnissedaher nur bis zu Einheitenleistungen von rund 100 bis 120 MW aufdem Markt. Weiterhin zeigt sich, dass zum Anfahren von Verdichterneiner derartigen Leistungsklasse bis zur Nenndrehzahl Anfahrvorrichtungen,beispielsweise statische Frequenzumrichter, mit ebenfalls sehr hohenLeistungen erforderlich sind, welche nur sehr aufwändig realisiertwerden können. Esist daher im Stand der Technik weiterhin bekannt, Kompressoren und/oderKompressoreneinheiten kleinerer Leistungen jeweils getrennt anzuordnen. Diesbedeutet jedoch eine Vielzahl von Komponenten, wodurch eine derartigeKraftwerksanlage teuer und aufwändig,daneben auch mit einem großen Platzbedarf,zu realisieren ist.moreoverhas been shown that at pressure ratios over 50 oreven over100 lie, compressor and / or arranged on a shaft trainCompressor units with high performance, which are more than approx120 MW lie, raise considerable problems. According to the state ofTechnology are turbo compressors forthe said pressure conditionstherefore only up to unit outputs of around 100 to 120 MWthe market. Furthermore, it turns out that for starting of compressorssuch a performance class up to the rated speed starting devices,For example, static frequency converter, also very highServices are required, which realized only very expensivecan be. Itis therefore known in the art, compressors and / orSeparate compressor units smaller power in each case separately. Thishowever, means a plurality of components, whereby suchPower plant expensive and expensive,besides also with a large space requirement,to realize.
    [0004] Zusammenfassendbleibt also festzustellen, dass bei Anordnungen nach dem Stand derTechnik Ressourcen und damit auch eingesetztes Kapital nur unbefriedigendgenutzt werden, und die Anordnung der Komponenten der Luftspeicheranlagenur eine ungenügendeBetriebsflexibilitätermöglicht.In summarySo it remains to be noted that in arrangements according to the state ofTechnology resources and thus also used capital only unsatisfactorybe used, and the arrangement of the components of the air storage systemonly an insufficient oneoperating flexibilityallows.
    [0005] Esist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftwerksanlageder eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standesder Technik vermeidet. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung,eine derartige Kraftwerksanlage so anzugeben, dass eine maximaleFlexibilitätdes Betriebes ermöglichtwird. Gemässeinem weiteren Aspekt der Erfindung soll eine Kraftwerksanlage angegebenwerden, welche mit einer geringen Anzahl von Wellensträngen auskommt.Dabei soll auch berücksichtigtwerden, dass einfach zu realisierende und möglichst auf dem Markt erhältlicheKompressoren und Kraftmaschinen verwendet werden können. Gemäss nocheinem Aspekt der Erfindung soll eine derartige Kraftwerksanlageangegeben werden, deren gesamte Kompressorleistung im Ladebetrieb über 100MW, insbesondere über120 MW, beispielsweise im Bereich von 150 MW bis 200 MW liegt.Itis therefore an object of the present invention, a power plantspecify the type mentioned, which the disadvantages of the prior artthe technology avoids. It is in particular an object of the inventionspecify such a power plant so that a maximumflexibilitythe operation allowsbecomes. According toAnother aspect of the invention is a power plant specifiedwhich manages with a small number of wave strands.It should also be consideredbe that easy to implement and possibly available on the marketCompressors and power machines can be used. According to stillOne aspect of the invention is intended to be such a power plantbe specified, the total compressor power in the loading mode over 100MW, in particular over120 MW, for example in the range of 150 MW to 200 MW.
    [0006] Kernder Erfindung ist es daher, in einer Kraftwerksanlage zwei Wellenstränge anzuordnen, vondenen jeder eine elektrische Maschine sowie wenigstens einen Kompressorträgt,wobei weiterhin ein erster Wellenstrang eine Gasturbogruppe trägt, und aufeinem zweiten Wellenstrang eine Entspannungsmaschine zur arbeitsleistendenEntspannung eines Speicherfluides angeordnet ist.coreThe invention is therefore to be arranged in a power plant two wave strands ofeach of which has an electric machine and at least one compressorwearing,further wherein a first wave train carries a gas turbine group, and ona second shaft train a relaxation machine for work-performingRelaxation of a storage fluid is arranged.
    [0007] Untereinem Kompressor ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung nichtnur ein einzelner Kompressor zu verstehen, sondern allgemein aufeinem Wellenstrang angeordnete Kompressoreinheiten. Ohne weitereskann es sich hier um mehrere strömungsmässig inReihe geschaltete Kompressoren mit Zwischenkühlern handeln. Beispielsweise kannein Kompressor im Sinne der verwendeten Nomenklatur einen Niederdruckkompressorumfassen, welcher mit einem zwischengeschalteten Kühler in einenMitteldruckkompressor fördert,welcher wiederum übereinen zwischengeschalteten Kühlerin einen Hochdruckkompressor fördert.Dabei sind der Niederdruckkompressor, der Mitteldruckkompressorund der Hochdruckkompressor auf einem Wellenstrang angeordnet. EinWellenstrang bedeutet hierbei nicht zwingend, dass der Niederdruckkompressor,der Mitteldruckkompressor und der Hochdruckkompressor auf einergemeinsamen starr gekoppelten Welle angeordnet sein müssen. Zwischenden einzelnen Teilkompressoren könnenganz im Gegenteil auch Getriebeeinheiten angeordnet sein. Diesesind häufig notwendig,weil beispielsweise der Betrieb eines Hochdruckkompressors im Allgemeinenbei den vorliegenden Druckverhältnisseneine höhereDrehzahl erfordert als der Betrieb eines Niederdruckkompressors.Der Begriff Wellenstrang umfasst daher im Rahmen der vorliegendenOffenbarung allgemein auch mehrere Wellen, welche mittels Getriebenverbunden sind. Dies ermöglichtes, im Rahmen der vorliegenden Erfindung Gasturbogruppen, Entspannungsmaschinen,und Kompressoren zu verwendeten, deren Nenndrehzahl von der netzsynchronenDrehzahl der elektrischen Maschinen verschiedenen ist.A compressor is to be understood in the context of the present disclosure not just a single compressor, but generally arranged on a shaft train compressor units. Without further ado, this may be several in terms of flow, compressors in series with intercoolers. For example, a compressor within the meaning of the nomenclature used may include a low-pressure compressor which, with an intermediate cooler, conveys into a medium-pressure compressor, which in turn conveys via an intermediate cooler into a high-pressure compressor. The low-pressure compressor, the medium-pressure compressor and the high-pressure compressor are arranged on a shaft train. A shaft train does not necessarily mean that the low-pressure compressor, the medium-pressure compressor and the high-pressure compressor must be arranged on a common rigidly coupled shaft. On the contrary, gear units can also be arranged between the individual partial compressors. These are often necessary because, for example, the operation of a high pressure compressor generally requires a higher speed at the present pressure conditions than the operation of a low pressure compressor. In the context of the present disclosure, the term shaft strand therefore also generally includes a plurality of shafts, which are connected by means of gears. This makes it possible, in the context of the present invention, to use gas turbine groups, expansion machines, and compressors whose rated speed is different from the grid-synchronous speed of the electrical machines.
    [0008] Ineiner bevorzugten Ausführungsformsind die Kompressoren, die Entspannungsmaschine, und die Gasturbogruppejeweils an einem Ende eines Wellenstrangs angeordnet. Jeweils zwischeneinem Kompressor und der Gasturbogruppe respektive zwischen einemKompressor und der Entspannungsmaschine ist eine elektrische Maschineangeordnet, welche sowohl generatorisch als auch elektromotorischbetreibbar ist. Zwischen den elektrischen Maschinen und den jeweiligenArbeits- oder Kraftmaschinen ist jeweils ein schaltbares Kupplungselement angeordnet,welches es ermöglicht,eine mechanische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine unddem Verdichter oder der Gasturbogruppe respektive der Entspannungsmaschineherzustellen. Damit wird eine elektrische Maschine während des Leistungsbetriebesder Kraftwerksanlage mit der Gasturbogruppe respektive der Entspannungsmaschineverbunden und generatorisch betrieben. Die Verbindung zum jeweiligenKompressor ist dabei getrennt. Im Ladebetrieb der Kraftwerksanlagewird die Verbindung mit der Gasturbogruppe respektive der Entspannungsmaschinegetrennt, und es wird eine Verbindung mit einem Kompressor hergestellt;die elektrische Maschine wird dann zum Antrieb eines Kompressorselektromotorisch betrieben. Beide elektrischen Maschinen können alsogemässder Erfindung sowohl im Leistungsbetrieb als auch im Ladebetriebder Luftspeicheranlage betrieben und genutzt werden.Ina preferred embodimentare the compressors, the relaxation machine, and the gas turbo groupeach arranged at one end of a shaft train. Between eacha compressor and the gas turbine group respectively between oneCompressor and the relaxation machine is an electric machinearranged, which both regenerative and electric motoris operable. Between the electrical machines and the respective onesWork or power machines is arranged in each case a switchable coupling element,which makes it possiblea mechanical connection between the electric machine andthe compressor or the gas turbine group or the expansion machinemanufacture. This is an electric machine during power operationthe power plant with the gas turbine group respectively the expansion machineconnected and operated as a generator. The connection to eachCompressor is disconnected. In the loading operation of the power plantbecomes the connection with the gas turbo group respectively the relaxation machineseparated, and it is connected to a compressor made;The electric machine then becomes the drive of a compressoroperated by electric motor. So both electric machines canaccording tothe invention both in power operation and in the loading operationthe air storage system operated and used.
    [0009] Gemäss einerersten Ausführungsformder Erfindung sind ein erster Kompressor, welcher auf dem erstenWellenstrang angeordnet ist, und ein zweiter Kompressor, welcherauf dem zweiten Wellenstrang angeordnet ist, strömungsmässig parallel geschaltet, derart,dass beide Kompressoren Umgebungsluft ansaugen und beide Kompressorenin ein gemeinsames Speichervolumen fördern. Gemäss einer zweiten Ausführungsformder Erfindung sind der erste und der zweite Kompressor strömungsmässig inReihe geschaltet, derart, dass einer der Kompressoren ein teilverdichtetes Fluidzu dem anderen Kompressor fördert;der andere Kompressor verdichtet das Fluid weiter, und fördert dasvollständigverdichtete Fluid in das Speichervolumen. Mit Vorteil ist bei derzweiten Ausführungsformzwischen den beiden Kompressoren ein Kühler für das teilverdichtete Fluid angeordnet.Die erste Ausführungsformhat den Vorteil, dass die Kompressoren unabhängig voneinander betriebenwerden können,woraus eine überlegeneFlexibilitätim Ladebetrieb resultiert: Es ist nämlich ohne weiteres möglich, nureinen Teil der Verdichterleistung zu nutzen und damit im Ladebetriebdie Leistungsaufnahme zu begrenzen. Die zweite Ausführungsformhat den Vorteil, dass der Druckaufbau auf die beiden Kompressorenverteilt werden kann, derart, dass jeder der Kompressoren ein geringeres Druckverhältnis verarbeitenmuss.According to onefirst embodimentThe invention relates to a first compressor, which on the firstWave train is arranged, and a second compressor, whichis arranged on the second shaft train, connected in flow parallel, in such a wayBoth compressors suck in ambient air and both compressorspromote into a common storage volume. According to a second embodimentAccording to the invention, the first and second compressors are flow-inSeries connected, such that one of the compressors is a partially compressed fluidpromotes to the other compressor;the other compressor further compresses and promotes the fluidCompletelycompressed fluid in the storage volume. With advantage is with thesecond embodimentdisposed between the two compressors, a cooler for the partially compressed fluid.The first embodimenthas the advantage that the compressors operate independently of each othercan bewhat a superiorflexibilityin the loading operation results: It is namely readily possible, onlyto use part of the compressor capacity and thus in the loading modeto limit the power consumption. The second embodimenthas the advantage that the pressure buildup on the two compressorscan be distributed so that each of the compressors process a lower pressure ratiogot to.
    [0010] MitgrösstemVorteil umfasst die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage eine Wärmezuführeinrichtung,die im Strömungswegvon dem Speichervolumen zur Entspannungsmaschine angeordnet ist, unddie Zufuhr von Wärmezu dem der Entspannungsmaschine zuströmenden Speicherfluid ermöglicht.In einer Ausführungsformder Erfindung ist diese Wärmezuführeinrichtungein Abgaswärmetauscherder Gasturbogruppe, in dem Abgaswärme der Gasturbogruppe nutzbringendauf das Speicherfluid übertragenwird. Dies bedingt jedoch ohne weitere Maßnahmen beinahe zwingend denjeweils gleichzeitigen Betrieb der Gasturbogruppe und der Entspannungsmaschine.Daher wird auch eine alternative Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, beider im Strömungswegvom Speichervolumen zur Entspannungsmaschine eine von der GasturbogruppeunabhängigeWärmezuführeinrichtungangeordnet ist. Diese unabhängigeWärmezuführeinrichtung istin einer Weiterbildung der Erfindung als unmittelbar im Strömungswegangeordnete Feuerungseinrichtung ausgeführt. In einer zweiten Weiterbildung derErfindung ist die unabhängigeWärmezuführeinrichtungals Wärmetauschermit einer externen Feuerungseinrichtung ausgebildet. Ein wesentlicherVorteil der ersten Ausführungsformist hierbei der geringe apparative Aufwand. Nachteilig ist, dassdie Entspannungsmaschine mit aggressiven Rauchgasen beaufschlagtwird. Hier liegt trotz des größeren apparativenAufwandes ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsform mit einer indirektenFeuerung: Die Entspannungsmaschine wird nicht mit aggressiven Verbrennungsgasenbeaufschlagt, und es ist daher möglich,eine vergleichsweise einfache und billige Maschine einzusetzen,wie beispielsweise eine serienmäßige Dampfturbine,welche fürdiese Verwendung nur geringer Änderungenbedarf. Weiterhin ermöglichteine indirekte Feuerung, das Speicherfluid in der Entspannungsmaschineso weit zu entspannen, dass die Austrittstemperatur des Speicherfluidesaus der Entspannungsmaschine bis auf Umgebungstemperatur oder sogardarunter abfällt,was mit geringsten Abströmungs-Wärmeverlusteneinhergeht. Dies ist möglich,weil nicht auf die Unterschreitung des Taupunktes von aggressivenRauchgaskomponenten Rücksichtgenommen werden muss. Wenn hingegen eine direkte Feuerung verwendetwird, so muss eine Entspannungsmaschine gewählt werden, welche gegen aggressiveRauchgase beständigist, was letztlich wesentlich teurere Komponenten zur Erzielung dergleichen Lebensdauer erfordert. Auch muss dann dafür Sorgegetragen werden, dass die Temperatur des Arbeitsfluides beim Austrittaus der Entspannungsmaschine nicht unter den Taupunkt der Rauchgaskomponentenfällt,weil ansonsten schwerwiegende Korrosionsschäden auftreten. Die Austrittstemperaturaus der Entspannungsmaschine liegt dann beispielsweise über 130°C, worausim Vergleich erhöhteAbgas-Wärmeverlusteresultieren.Most advantageously, the power plant according to the invention comprises a heat supply device, which is arranged in the flow path from the storage volume to the expansion machine, and allows the supply of heat to the storage fluid flowing to the expansion machine. In one embodiment of the invention, this heat supply device is an exhaust gas heat exchanger of the gas turbine group in which waste heat of the gas turbine group is usefully transferred to the storage fluid. However, this requires almost without any further measures the simultaneous operation of the gas turbine group and the expansion machine. Therefore, an alternative embodiment of the invention is also proposed in which a heat supply device independent of the gas turbine group is arranged in the flow path from the storage volume to the expansion machine. This independent heat supply device is designed in a development of the invention as arranged directly in the flow path firing device. In a second development of the invention, the independent heat supply device is designed as a heat exchanger with an external firing device. A significant advantage of the first embodiment is the low equipment cost. The disadvantage is that the expansion machine is acted upon by aggressive flue gases. Here, despite the greater apparatus complexity, a significant advantage of the embodiment with an indirect firing: The Ent It is therefore possible to use a comparatively simple and inexpensive machine, such as a standard steam turbine, which requires only minor changes for this use. Furthermore, an indirect firing allows the storage fluid in the expansion machine to relax so far that the outlet temperature of the storage fluid from the expansion machine drops to ambient temperature or even lower, which is associated with lowest outflow heat losses. This is possible because it is not necessary to take into account the drop below the dew point of aggressive flue gas components. On the other hand, if direct firing is used, it is necessary to choose an expansion machine which is resistant to aggressive flue gases, which ultimately requires much more expensive components to achieve the same service life. It must also be ensured that the temperature of the working fluid at the outlet from the expansion machine does not fall below the dew point of the flue gas components, otherwise serious corrosion damage occurs. The outlet temperature from the expansion machine is then for example above 130 ° C, resulting in comparison increased exhaust heat losses.
    [0011] Diehier anzuordnende Wärmezuführvorrichtungeignet sich besonders gut zur Nutzung von Niedertemperaturwärme, wiebeispielsweise Solarwärmeoder sonstiger auf niedrigem Temperaturniveau anfallender Wärme, dadas zuströmendeSpeicherfluid sich auf niedriger Temperatur befindet.Thehere to be arranged heat supply deviceis particularly suitable for the use of low-temperature heat, such asfor example, solar heator other heat produced at a low temperature level, sincethe inflowingStorage fluid is at low temperature.
    [0012] Ineiner bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ist die auf einem Wellenstrang in Form der Gasturbogruppeoder der Entspannungsmaschine angeordnete Antriebsleistung grösser alsoder wenigstens gleich gross wie die Leistung des auf dem selbenWellenstrangs angeordneten Kompressors. Dies resultiert in einerbestmöglichenAnpassung der Leistungsgrösseder elektrischen Maschine wie auch der notwendigen elektrischenAusrüstung,wie zum Beispiel Transformatoren, Schalteinheiten, und Anfahrvorrichtungen,sowohl für dengeneratorischen als auch fürden elektromotorischen Betrieb der elektrischen Maschine.Ina preferred embodimentThe invention relates to a shaft train in the form of the gas turbine groupor the expansion machine arranged drive power greater thanor at least the same size as the performance of the sameShaft strand arranged compressor. This results in abestAdjustment of the capacitythe electrical machine as well as the necessary electricalEquipment,such as transformers, switching units, and starting devices,both for thegenerating as well as forthe electromotive operation of the electric machine.
    [0013] Vorzugsweisesind die Kompressoren derart bemessen, dass sie in der Lage sind,mit Druckverhältnissen über 50 undinsbesondere grösserals 100 betrieben zu werden. Das heißt, bei Norm-Umgebungsbedingungenbeträgtder Druck des gespeicherten Fluides mehr als 50 und insbesonderemehr als 100 bar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die gesamteVerdichterleistung der beiden Kompressoren zusammen mehr als 100 MWund insbesondere mehr als 120 MW, beispielsweise 150 bis 200 MW.Die auf einem einzelnen Wellenstrang installierte Kompressorleistungliegt bevorzugt unterhalb von rund 115 bis 120 MW, beispielsweisebei 50 bis 110 MW.Preferablyare the compressors sized to be able towith pressure ratios over 50 andespecially biggerto be operated as 100. That is, at standard environmental conditionsisthe pressure of the stored fluid more than 50 and in particularmore than 100 bar. In a preferred embodiment of the invention, the entireCompressor capacity of the two compressors together more than 100 MWand in particular more than 120 MW, for example 150 to 200 MW.The compressor power installed on a single shaft trainis preferably below about 115 to 120 MW, for exampleat 50 to 110 MW.
    [0014] Weiterevorteilhafte Ausführungsformenund Betriebsweisen der erfindungsgemässen Kraftwerksanlage erschließen sichdem Fachmann im Lichte der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispieleund der Unteransprüche.Furtheradvantageous embodimentsand modes of operation of the inventive power plant open upthe expert in the light of the embodiments illustrated belowand the dependent claims.
    [0015] Nachfolgendwird die Erfindung anhand von in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. ImEinzelnen zeigenfollowingThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments illustrated in the drawings. in theShow individual
    [0016] 1 eineerste erfindungsgemässeKraftwerksanlage; 1 a first power plant according to the invention;
    [0017] 2 einzweites Ausführungsbeispielfür eineerfindungsgemässeKraftwerksanlage; und 2 a second embodiment of a power plant according to the invention; and
    [0018] 3 einweiteres Beispiel füreine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Kraftwerksanlage. 3 a further example of an advantageous embodiment of an inventive power plant.
    [0019] DieAusführungsbeispieleund die Zeichnung sind rein instruktiv zu verstehen und sollen nichtzur Einschränkungder in den Patentansprüchengekennzeichneten Erfindung herangezogen werden.Theembodimentsand the drawing are purely instructive and should notfor restrictionin the claimsmarked invention be used.
    [0020] Einerstes Ausführungsbeispieleiner erfindungsgemässenKraftwerksanlage ist in der 1 dargestellt.Die Kraftwerksanlage umfasst einen ersten Wellenstrang 1 undeinen zweiten Wellenstrang 2. Auf dem ersten Wellenstrang 1 isteine Gasturbogruppe 11 sowie ein Kompressor 13 angeordnet.Die Gasturbogruppe und der Kompressor sind an den beiden Enden desWellenstrangs angeordnet. Zwischen der Gasturbogruppe 11 unddem Kompressor 13 ist eine elektrische Maschine 12 angeordnet,welche sowohl elektromotorisch als auch generatorisch betreibbarist. Schaltbare Kupplungselemente 14 und 15 ermöglichenes, die elektrische Maschine wahlweise mit der Gasturbogruppe 11 unddem Kompressor 13 mechanisch zu verbinden. Die Gasturbogruppe 11 istvorliegend als eine einfache, dem Fachmann ohne weiteres geläufige Gasturbogruppedargestellt. Sie umfasst einen Verdichter 111, eine Brennkammer 112,sowie eine Turbine 113. Selbstverständlich kann hier auch eineandere Bauart einer Gasturbogruppe Verwendung finden, beispielsweise eineGasturbogruppe mit sequenzieller Verbrennung, wie sie zum Beispielaus EP 0 620 362 bekanntist. Auf dem zweiten Wellenstrang 2 sind an den beiden Endendes Wellenstrangs eine Entspannungsmaschine 21 und einKompressor 23 angeordnet. Zwischen der Entspannungsmaschineund dem Kompressor ist eine sowohl generatorisch als auch elektromotorischbetreibbare elektrische Maschine 22 angeordnet. Mittelsder Kupplungselemente 24 und 25 ist die elektrischeMaschine wahlweise mit der Entspannungsmaschine 21 unddem Kompressor 23 mechanisch koppelbar. Die Kompressoren 13 und 23 sindvorliegend als einfache Turbokompressoren dargestellt; ohne Einschränkung derErfindung können dieVerdichter auch eine Zwischenkühlungaufweisen, oder es könnenmehrere in Reihe geschaltete Verdichter mit oder ohne strömungsmässig zwischengeordnetenKühlernauf einem Wellenstrang angeordnet sein. Ebenso kann selbstverständlich innerhalbeines Wellenstrangs zwischen der elektrischen Maschine und dem Kompressorund/oder der Entspannungsmaschine respektive der Gasturbogruppeauf dem Fachmann an sich bekannte Weise ein im vorliegenden Ausführungsbeispielnicht dargestelltes Übersetzungs-oder Untersetzungsgetriebe angeordnet sein, derart, dass die Drehzahlder Kraft- oder Arbeitsmaschine von der Drehzahl der elektrischenMaschine verschieden ist. Speziell in Zeiten hohen Energiebedarfeswird die Kraftwerksanlage im Leistungsbetrieb betrieben. Dabei istwenigstens eines der Kupplungselemente 14, 24 geschlossen,die entsprechende mechanische Verbindung ist also hergestellt; dieKupplungselemente 15 und 25 sind geöffnet, dieentsprechende mechanische Verbindung ist also getrennt. Zum Antriebder elektrischen Maschine 12 wird die Gasturbogruppe 11 aufan sich bekannte Weise betrieben. Im Strömungsweg der Gasturbogruppe 11 iststromab der Turbine 113 beispielsweise ein dem Fachmannan sich geläufigerAbhitzedampferzeuger 43 angeordnet. Die Anordnung des Abhitzedampferzeugers 43 istfakultativ und an sich nicht erfindungsrelevant. In dem Abhitzedampferzeuger 43 wirdauf an sich bekannte Weise mittels der in den Abgasen der Gasturbogruppeenthaltenen Restenergie Dampf erzeugt, welcher auf wiederum an sichbekannte Weise zum Antrieb einer Dampfturbine oder zu sonstigenProzesszwecken verwendet werden kann. Es ist weiterhin auch bekannt,den dort erzeugten Dampf in die Gasturbogruppe einzuleiten und inder Turbine der Gasturbogruppe arbeitsleistend zu entspannen. ZumAntrieb der elektrischen Maschine 22 wird die Entspannungsmaschine 21 betrieben.Ein in dem Speichervolumen 3 unter Druck gespeichertesSpeicherfluid wird überdas Stellorgan 34 zur Entspannungsmaschine 21 geleitetund dort arbeitsleistend entspannt. Das Speicherfluid durchströmt auf demWege vom Speichervolumen 3 zur Entspannungsmaschine 21 eineWärmezuführeinrichtungund wird dabei erwärmt.Die Wärmezuführeinrichtungist vorliegend als Wärmeübertrager 41 miteiner externen Feuerungseinrichtung 42 dargestellt. DieVorteile, die sich aus dieser Anordnung gegenüber einer unmittelbaren Feuerungdes Speicherfluides ergeben, sind oben bereits dargelegt worden. DerWärmeübertrager 41 eignetsich im Übrigenbesonders gut zur Nutzung von Niedertemperaturwärme, wie beispielsweise Solarwärme odersonstiger auf niedrigem Temperaturniveau anfallender Wärme, dadas zuströmendeSpeicherfluid sich auf niedriger Temperatur befindet, und im Allgemeinenkeine hohe Zuströmtemperaturfür dieEntspannungsmaschine 21 erforderlich ist. Im Gegenteilist es von Vorteil, die Temperatur am Eintritt der Entspannungsmaschine 21 zubegrenzen, beispielsweise auf eine Temperatur von weniger als 500°C oder weniger als550°C. Dies erleichtertebenfalls die Verwendung handelsüblicher preisgünstigerEntspannungsmaschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen, welchenicht fürextrem hohe Eintrittstemperaturen ausgelegt sind. Aufgrund der Begrenzungder Eintrittstemperatur kann auf die Verwendung von teuren und aufwändig zubearbeitenden hochtemperaturbeständigenWerkstoffen verzichtet werden. Die Erwärmung des Speicherfluides vorgängig derEntspannung in der Entspannungsmaschine 21 erhöht das massenspezifischeEnthalpiegefälledes Speicherfluides, wodurch sich die erzielbare Leistungsausbeutemit dem im Speichervolumen 3 gespeicherten Speicherfluiderhöht.In Zeiten hoher Energieverfügbarkeitund eines entsprechenden niedrigen Strompreises, beispielsweise über Nacht,wird die Kraftwerksanlage im Ladebetrieb betrieben. Dabei fördert wenigstenseiner der Kompressoren 13 und 23 ein komprimiertesSpeicherfluid zum Speichervolumen 3. Das Stellorgan 34 istgeschlossen und das Stellorgan 33 geöffnet. Die Kompressoren 13 und 23 können einzelnbetrieben werden. Dies ermöglichteine günstigeStufung der Leistungsaufnahme der Kraftwerksanlage im Ladebetrieb.Eine eine besonders vorteilhafte Regelungsmöglichkeit ergibt sich, wenndie Kompressoren 13 und 23 unterschiedliche Nennleistungenaufweisen. Wenn beispielsweise einer der Kompressoren die doppelte Leistungaufweist wie der andere, so ist es möglich, die Leistungsaufnahmeder Kraftwerksanlage im Verhältnis1: 2: 3 zu verändern,wobei die Kompressoren jeweils im Nennbetriebspunkt arbeiten. Stromabder Kompressoren sind Rückschlagorgane 31 und 32 angeordnet,welche ein Rückströmen vonFluid durch die Kompressoren verhindern. Vorzugsweise fördern undkomprimieren die Kompressoren 13 und 23 Umgebungsluft,die unter Druck im Speichervolumen 3 gespeichert wird.Stromab der Kompressoren 13, 23 und stromauf desSpeichervolumens 3 ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ein Kühler 36 angeordnet.Mittels des Kühlers 36 kann daswährendder weitgehend adiabaten Kompression erwärmte Fluid heruntergekühlt werden,bevor es dem Speichervolumen 3 zugeführt wird. Zum Ladebetrieb istwenigstens eines der Kupplungselemente 15 und 25 geschlossen,und die Kupplungselemente 14 und 24 sind geöffnet.A first embodiment of a power plant according to the invention is in the 1 shown. The power plant includes a first shaft train 1 and a second shaft train 2 , On the first shaft strand 1 is a gas turbine group 11 as well as a compressor 13 arranged. The gas turbo group and the compressor are arranged at the two ends of the shaft train. Between the gas turbo group 11 and the compressor 13 is an electrical machine 12 arranged, which is operable both by electric motor and generator. Switchable coupling elements 14 and 15 allow the electric machine with the gas turbine group 11 and the compressor 13 mechanically connect. The gas turbo group 11 In the present case, it is shown as a simple gas turbine group which is readily known to the person skilled in the art. It includes a compressor 111 , a combustion chamber 112 , as well as a turbine 113 , Of course, here also another type of gas turbine group can be used, for example, a gas turbine group with sequential combustion, as for example EP 0 620 362 is known. On the second shaft train 2 are at the two Ends of the shaft strand a relaxation machine 21 and a compressor 23 arranged. Between the relaxation machine and the compressor is a both generator and electric motor operable electric machine 22 arranged. By means of the coupling elements 24 and 25 is the electric machine optionally with the relaxation machine 21 and the compressor 23 mechanically coupled. The compressors 13 and 23 are shown here as simple turbo compressors; Without limiting the invention, the compressors can also have an intermediate cooling, or it can be arranged on a shaft train with a plurality of compressors connected in series with or without flow moderately intermediate coolers. Likewise, of course, within a shaft train between the electric machine and the compressor and / or the relaxation machine or the gas turbine group in a manner known per se to be arranged in the present embodiment, a transmission or reduction gear not shown, such that the speed of the force or Working machine is different from the speed of the electric machine. Especially in times of high energy demand, the power plant is operated in power mode. At least one of the coupling elements 14 . 24 closed, the corresponding mechanical connection is thus made; the coupling elements 15 and 25 are open, so the corresponding mechanical connection is disconnected. To drive the electric machine 12 becomes the gas turbo group 11 operated in a known manner. In the flow path of the gas turbine group 11 is downstream of the turbine 113 for example, a person skilled in the art heat recovery steam generator 43 arranged. The arrangement of the heat recovery steam generator 43 is optional and not relevant to the invention. In the heat recovery steam generator 43 is generated in a conventional manner by means of the residual energy contained in the exhaust gases of the gas turbine group steam, which in turn can be used in turn known per se for driving a steam turbine or other process purposes. It is also known to introduce the steam generated there into the gas turbine group and relax in the turbine of the gas turbine group to perform work. To drive the electric machine 22 becomes the relaxation machine 21 operated. One in the storage volume 3 stored under pressure storage fluid is via the actuator 34 to the relaxation machine 21 guided and relaxed there doing work. The storage fluid flows on the way from the storage volume 3 to the relaxation machine 21 a heat supply device and is heated. The heat supply device is present as a heat exchanger 41 with an external firing device 42 shown. The advantages that result from this arrangement over direct firing of the storage fluid have already been set forth above. The heat exchanger 41 Incidentally, it is particularly well suited for the use of low-temperature heat, such as solar heat or other low-temperature heat, since the incoming storage fluid is at low temperature, and generally no high inflow temperature for the expansion machine 21 is required. On the contrary, it is advantageous, the temperature at the entrance of the expansion machine 21 for example, to a temperature of less than 500 ° C or less than 550 ° C. This also facilitates the use of commercially available low-cost expansion machines, such as steam turbines, which are not designed for extremely high inlet temperatures. Due to the limitation of the inlet temperature can be dispensed with the use of expensive and expensive to process high temperature resistant materials. The heating of the storage fluid before the relaxation in the expansion machine 21 increases the mass-specific enthalpy gradient of the storage fluid, resulting in the achievable power output with that in the storage volume 3 stored storage fluid increases. In times of high energy availability and a corresponding low electricity price, for example overnight, the power plant is operated in the charging mode. At least one of the compressors promotes this 13 and 23 a compressed storage fluid to the storage volume 3 , The actuator 34 is closed and the actuator 33 open. The compressors 13 and 23 can be operated individually. This allows a favorable gradation of power consumption of the power plant in the loading mode. A particularly advantageous control option arises when the compressors 13 and 23 have different rated power. For example, if one of the compressors has twice the capacity of the other one, it is possible to change the power consumption of the power plant in a ratio of 1: 2: 3, with the compressors working at the nominal operating point. Downstream of the compressors are check valves 31 and 32 arranged, which prevent a backflow of fluid through the compressors. Preferably, the compressors promote and compress 13 and 23 Ambient air, which is under pressure in the storage volume 3 is stored. Downstream of the compressors 13 . 23 and upstream of the storage volume 3 is a cooler according to a preferred embodiment of the invention 36 arranged. By means of the cooler 36 For example, the fluid heated during the largely adiabatic compression may be cooled down before it reaches the storage volume 3 is supplied. For charging is at least one of the coupling elements 15 and 25 closed, and the coupling elements 14 and 24 are opened.
    [0021] Wenigstenseine der elektrischen Maschinen 12 und 22 wirdelektromotorisch betrieben und treibt einen Kompressor 13, 23 an,wodurch das Speichervolumen 3 mit Speicherfluid aufgeladenwird, welches danach wieder zur arbeitsleistenden Entspannung inder Entspannungsmaschine 21 zur Verfügung steht.At least one of the electrical machines 12 and 22 is operated by an electric motor and drives a compressor 13 . 23 on, reducing the storage volume 3 is charged with storage fluid, which then again for work-relaxing in the relaxation machine 21 is available.
    [0022] Eineweitere Ausführungsformder Erfindung ist in 2 dargestellt. Ebenso wie diein der 1 dargestellte Kraftwerksanlage umfasst auch diein 2 dargestellte Kraftwerksanlage zwei Wellenstränge 1 und 2,auf denen jeweils eine elektrische Maschine 12, 22,ein Kompressor 13, 23 sowie eine Gasturbogruppe 11 respektiveeine Speicherfluid-Entspannungsmaschine 21 angeordnetsind. Im Gegensatz zu der in 1 dargestelltenKraftwerksanlage sind die Kompressoren 13 und 23 strömungsmässig nichtparallel geschaltet, sondern in Reihe, derart, dass vom Kompressor 13 verdichtetesFluid zum Kompressor 23 strömt, und von diesem weiterverdichtetwird. Stromab des Kompressors 13 und stromauf des Kompressors 23 istein Kühler 35 für das vomKompressor 13 teilverdichtete Fluid angeordnet. Stromabdes Kompressors 23 ist ein weiterer Kühler 36 zur Kühlung desverdichteten Fluids angeordnet. Im Abgasströmungsweg der Gasturbogruppe 11 istin der dargestellten Ausführungsformein Abgaswärmetauscher 44 angeordnet.Der Abgaswärmetauscher 44 wirdprimärseitig,auf der wärmeabgebendenSeite, vom Abgas der Gasturbogruppe durchströmt. Beim Leistungsbetrieb derSpeicherfluid-Entspannungsmaschine 21 wird Speicherfluidaus dem Speichervolumen 3 über das Stellorgan 34 im Gegenstromzu den Abgasen der Gasturbogruppe durch den Abgaswärmetauscher 44 geleitet;dabei nimmt das Speicherfluid Wärmeaus den Abgasen auf, wird dabei erwärmt, und das erwärmte Speicherfluidwird arbeitsleistend in der Speicherfluid-Entspannungsmaschine entspannt.Die so maximal erzielbare Temperatur des Speicherfluids entsprichtim Wesentlichen der Temperatur des Abgases beim Austritt aus derTurbine 113 der Gasturbogruppe 11. Diese liegtbei modernen Gasturbogruppen typischerweise im Bereich um 550°C, und stimmtin nahezu perfekter Weise mit der zulässigen Eintrittstemperaturder Druckspeicherentspannungsmaschine 21 überein.Der Betrieb der Kraftwerksanlage in 2 erfolgtan sich vollkommen analog zu dem in 1 dargestelltenund oben erläutertenAusführungsbeispiel.Im Leistungsbetrieb der Kraftwerksanlage werden die elektrischenMaschinen 12 und/oder 22 generatorisch betrieben.Dabei sind die Kupplungen 14 und/oder 24 geschlossen,die Kupplungen 15 und 25 sind geöffnet, unddie elektrischen Maschinen werden von den Kraftmaschinen 11 und/oder 21 angetrieben.Beim Betrieb der Speicherfluid-Entspannungsmaschine 21 wirddas Speichervolumen 3 entleert. Im Ladebetrieb der Kraftwerksanlagewerden die elektrischen Maschinen 12 und 22 elektromotorischbetrieben. Dabei sind die Kupplungen 14 und 24 geöffnet, unddie Kupplungen 15 und 25 stellen eine Verbindungder elektrischen Maschinen mit den Kompressoren 13 und 23 her.Aufgrund der Reihenschaltung der Kompressoren 13 und 23 können die Kompressorender beiden Wellensträngenicht unabhängigvoneinander betrieben werden. Das heisst, der Betrieb eines derKompressoren bedingt auch den Betrieb des anderen Kompressors. BeimBetrieb der Kompressoren wird das Speichervolumen 3 mit Druckspeicherfluidaufgeladen, welches danach wieder zur arbeitsleistenden Entspannungin der Speicherfluid-Entspannungsmaschine 21 zur Verfügung steht.Sehr zweckmäßig undvorteilhaft wird die Temperatur des Abgases der Gasturbogruppe stromab desWärmetauschers 44 gemessen,und beispielsweise durch Regeleingriffe auf das Stellorgan 34 der Speicherfluidmassenstromderart eingestellt, dass der Taupunkt des Abgases nicht unterschrittenwird, bzw. eine Sicherheitsmarge zum Taupunkt der Abgase erhaltenbleibt. Stromauf des Abgaswärmetauschers 44 oderinnerhalb des Abgaswärmetauschers kanneine Zusatzfeuerungseinrichtung angeordnet sein, um dem Speicherfluideine größere thermische Leistungzur Verfügungzu stellen. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsformist stromauf des Abgaswärmetauschers 44 eineZusatzfeuerung 45 mit einem Gebläse 46 ausserhalb desStrömungswegs desAbgases der Gasturbogruppe angeordnet. Durch den Betrieb des Gebläses 46 wirdFrischluft zur Zusatzfeuerung 45 geleitet, wo ein Brennstoffverbrannt werden kann. Die entstehenden Rauchgase werden durch denAbgaswärmetauscher 44 geleitet,und stehen ebenfalls zur Erwärmungdes Speicherfluids im Abgaswärmetauscher 44 zurVerfügung.Die externe Anordnung der Zusatzfeuerung 45 mit einem Frischluftgebläse 46 hatden Vorteil, dass die Speicherfluid-Entspannungsmaschine 21 auchdann mit erwärmtemSpeicherfluid betrieben werden kann, wenn die Gasturbogruppe 11 stillsteht.Dies erhöhtdie Betriebsflexibilitätder Kraftwerksanlage erheblich. Weiterhin kann auch ein nicht dargestellterAbgas-Bypass fürdas Abgas der Gasturbogruppe angeordnet sein, der es ermöglicht,das Abgas der Gasturbogruppe am Abgaswärmetauscher 44 vorbeizuleiten. Dieshat erhebliche Vorteile, wenn, beispielsweise bei vollständig entleertemSpeichervolumen 3 die Gasturbogruppe im Stillstand derSpeicherfluid-Entspannungsmaschine 21 betriebenwerden soll. Es wird dann die thermische Belastung oder Überlastungdes sekundärseitignicht durchströmtenAbgaswärmetauschers 44 vermieden.Another embodiment of the invention is in 2 shown. Just like the ones in the 1 shown power plant includes the in 2 shown power plant two wave strands 1 and 2 on each of which is an electric machine 12 . 22 , a compressor 13 . 23 as well as a gas turbine group 11 respectively a storage fluid expansion machine 21 are arranged. Unlike the in 1 shown power plant are the compressors 13 and 23 fluidly not connected in parallel, but in series, such that the compressor 13 compressed fluid to the compressor 23 flows, and is further compressed by this. Downstream of the compressor 13 and upstream of the compressor 23 is a cooler 35 for the compressor 13 partially compressed fluid arranged. Downstream of the compressor 23 is another cooler 36 arranged to cool the compressed fluid. In the exhaust gas flow path of the gas turbine group 11 is an exhaust gas heat exchanger in the illustrated embodiment 44 arranged. The exhaust gas heat exchanger 44 On the primary side, on the heat-emitting side, flows through the exhaust gas of the gas turbine group. During power operation of the storage fluid expansion machine 21 becomes storage fluid from the storage volume 3 over the actuator 34 in countercurrent to the exhaust gases of the gas turbine group through the exhaust gas heat exchanger 44 passed; In this case, the storage fluid absorbs heat from the exhaust gases, it is heated, and the heated storage fluid is working expanded in the storage fluid expansion machine. The maximum achievable temperature of the storage fluid substantially corresponds to the temperature of the exhaust gas when exiting the turbine 113 the gas turbine group 11 , This is typically in the range of 550 ° C in modern gas turbine groups, and is almost perfectly in line with the allowable inlet temperature of the accumulator relaxation machine 21 match. Operation of the power plant in 2 takes place in itself completely analogous to that in 1 illustrated and explained above embodiment. In power operation of the power plant, the electrical machines 12 and or 22 operated as a generator. Here are the couplings 14 and or 24 closed, the clutches 15 and 25 are open, and the electric machines are powered by the engines 11 and or 21 driven. During operation of the storage fluid expansion machine 21 becomes the storage volume 3 emptied. The electric machines are in charge operation of the power plant 12 and 22 operated by electric motor. Here are the couplings 14 and 24 opened, and the clutches 15 and 25 connect the electrical machines with the compressors 13 and 23 ago. Due to the series connection of the compressors 13 and 23 The compressors of the two shaft strands can not be operated independently of each other. That is, the operation of one of the compressors also requires the operation of the other compressor. When operating the compressors, the storage volume becomes 3 charged with pressure accumulator fluid, which then again for work-performing relaxation in the storage fluid expansion machine 21 is available. Very useful and advantageous, the temperature of the exhaust gas of the gas turbine group is downstream of the heat exchanger 44 measured, and for example by regulating interventions on the actuator 34 the storage fluid mass flow adjusted such that the dew point of the exhaust gas is not exceeded, or a margin of safety to the dew point of the exhaust gases is maintained. Upstream of the exhaust gas heat exchanger 44 or within the exhaust gas heat exchanger may be arranged an additional firing device in order to provide the storage fluid with a larger thermal power available. In the embodiment illustrated by way of example, upstream of the exhaust gas heat exchanger 44 an additional firing 45 with a fan 46 arranged outside the flow path of the exhaust gas of the gas turbine group. By the operation of the blower 46 fresh air becomes additional fuel 45 directed where a fuel can be burned. The resulting flue gases are passed through the exhaust gas heat exchanger 44 directed, and are also for heating the storage fluid in the exhaust gas heat exchanger 44 to disposal. The external arrangement of the additional firing 45 with a fresh air blower 46 has the advantage that the storage fluid expansion machine 21 can also be operated with heated storage fluid, if the gas turbine group 11 stationary. This significantly increases the operational flexibility of the power plant. Furthermore, an unillustrated exhaust gas bypass for the exhaust gas of the gas turbine group can be arranged, which makes it possible, the exhaust gas of the gas turbine group on the exhaust gas heat exchanger 44 pass route. This has significant advantages if, for example, completely empty storage volume 3 the gas turbine group at standstill of the storage fluid expansion machine 21 should be operated. It is then the thermal load or overload of the secondary side not flowed through the exhaust gas heat exchanger 44 avoided.
    [0023] Diein 3 beispielhaft dargestellte erfindungsgemässe Kraftwerksanlageist hinsichtlich der wärmetechnischenVerschaltung der Gasturbogruppe 11 und der Speicherfluid-Expansionsmaschine 21 identischaufgebaut wie die in 2 dargestellte Kraftwerksanlage.Die auf den beiden Wellensträngenangeordneten Kompressoren 13 und 23 sind wie imAusführungsbeispielder 1 strömungsmässig parallelangeordnet, woraus, wie dargestellt, eine grössere Flexibilität im Betriebder Kraftwerksanlage resultiert. Am Speichervolumen 3 istbei dem hier dargestellten Ausführungsbeispielein Absperrorgan 37 angeordnet. Dieses Detail erhöht die Betriebsflexibilität wie nachfolgenddargestellt erheblich. Die dargestellte Ausführungsform ermöglicht einenLeistungsbetrieb der. Kraftwerksanlage auch bei entleertem Speichervolumen 3.In einem solchen Betrieb stellen die Kupplungen 14 und 24 dieVerbindung sowohl der Gasturbogruppe 11 als auch der Expansionsmaschine 21 mitden elektrischen Maschinen 12 und 22 her. Wenigstenseine der Kupplungen 15, 25 stellt die Verbindungeiner elektrischen Maschine mit einem der Kompressoren 13, 23 her.In diesem Betriebsmodus ist das Absperrorgan 37 geschlossen, dasentleerte oder unzureichend gefüllteSpeichervolumen 3 ist also von der Kraftwerksanlage getrennt. DieStellorgane 33 und 34 sind geöffnet. Von den Kompressoren 13 und/oder 23 geförderte komprimierteLuft wird überden Abgaswärmetauscher 44 zurEntspannungsmaschine 21 geleitet und dort arbeitsleistendentspannt. Im Abgaswärmetauscher 44 wirddas Fluid dabei erwärmt.Damit ist es möglich, dieExpansionsmaschine auch bei unzureichendem Druck im Speichervolumenzu betreiben. Weiterhin kann die Abgaswärme der Gasturbogruppe 11 vorteilhaftauch bei entleertem Speichervolumen genutzt werden. Die Gasturbogruppe 11 kannalso auch dann unproblematisch betrieben werden, wenn kein Fluid ausdem Speichervolumen 3 zur Verfügung steht, und keine Bypassleitungfür denAbgaswärmetauscher 44 angeordnetist. Der Kühler 36 istin diesem Betriebsmodus mit Vorteil ausser Betrieb.In the 3 Exemplary power plant according to the invention is in terms of thermal engineering interconnection of the gas turbine group 11 and the storage fluid expansion machine 21 identical to the ones in 2 illustrated power plant. The compressors arranged on the two shaft strands 13 and 23 are as in the embodiment of 1 in terms of flow arranged parallel, from which, as shown, a greater flexibility results in the operation of the power plant. At the storage volume 3 is a shut-off device in the embodiment shown here 37 arranged. This detail significantly increases operational flexibility as shown below. The illustrated embodiment enables a power operation of. Power plant even with emptied storage volume 3 , In such a mode, the clutches 14 and 24 the connection of both the gas turbo group 11 as well as the expansion machine 21 with the electrical machines 12 and 22 ago. At least one of the clutches 15 . 25 represents the connection of an electric machine with one of the compressors 13 . 23 ago. In this mode of operation is the obturator 37 closed, the emptied or insufficiently filled storage volume 3 is thus separated from the power plant. The actuators 33 and 34 are opened. From the compressors 13 and or 23 conveyed compressed air is via the exhaust gas heat exchanger 44 to the relaxation machine 21 guided and relaxed there doing work. In the exhaust gas heat exchanger 44 the fluid is heated during this process. This makes it possible to operate the expansion machine even with insufficient pressure in the storage volume. Furthermore, the exhaust heat of the gas turbine group 11 can be advantageously used even with emptied storage volume. The gas turbo group 11 can therefore be operated without problems even if no fluid from the storage volume 3 is available, and no bypass line for the exhaust gas heat exchanger 44 is arranged. The cooler 36 is in this mode with advantage out of service.
    [0024] Dieoben dargestellten Ausführungsbeispiele illustriereneinerseits die hohe Betriebsflexibilität der erfindungsgemässen Kraftwerksanlage.Weiterhin wird deutlich, dass die Ausnutzung der eingesetzten Ressourcenweitaus besser ist als bei den aus dem Stand der Technik bekanntenKraftwerksanlagen. Insbesondere kann jede der elektrischen Maschinen sowohlim Leistungsbetrieb als auch im Ladebetrieb der Kraftwerksanlagebetrieben werden. Die Gasturbogruppe ermöglicht es, auch dann Leistungzu erzeugen, wenn das Speichervolumen 3 vollständig entleertist. Im Lichte dieser Ausführungeneröffnen sichdem Fachmann ohne Weiteres weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung.Weitere Einsparungs- und Verbesserungspotenziale eröffnen sich dadurch,dass die elektrischen Maschinen, die auf den beiden Wellensträngen angeordnetsind, eine gemeinsame elektrische Ausrüstung verwenden können. Damitist fürdie Kraftwerksanlage mit zwei Wellensträngen beispielsweise nur einNetzanbindungstransformator, sogenannter "Step-Up-Transformer", und eine Anfahrvorrichtung, beispielsweiseein statischer Frequenzumrichter, erforderlich. Dies vermindertdie Investitionskosten und den Ressourceneinsatz weiter. Auch derPlatzbedarf wird erheblich vermindert, weil eine kompaktere Bauweiseder gesamten Kraftwerksanlage möglichist.On the one hand, the embodiments illustrated above illustrate the high operational flexibility of the power plant according to the invention. Furthermore, it is clear that the utilization of the resources used is far better than in the power plants known from the prior art. In particular, each of the electrical machines can be operated both in power operation and in the charging operation of the power plant. The gas turbo group makes it possible to produce power even when the storage volume 3 is completely emptied. In the light of these statements, further possible embodiments of the invention are readily apparent to those skilled in the art. Further potential for savings and improvement is provided by the fact that the electrical machines arranged on the two shaft strands can use a common electrical equipment. Thus, for example, only one grid connection transformer, so-called "step-up transformer", and a starting device, for example a static frequency converter, are required for the power plant with two wave strands. This further reduces the investment costs and the use of resources. Also, the space requirement is significantly reduced, because a more compact design of the entire power plant is possible.
    11 ersterWellenstrangfirstshafting 22 zweiterWellenstrangsecondshafting 33 Speichervolumenstorage volume 1111 GasturbogruppeGas turbine group 1212 elektrischeMaschineelectricalmachine 1313 Kompressor,Verdichter, TurboverdichterCompressor,Compressor, turbo compressor 1414 Kupplungselement,KupplungCoupling element,clutch 1515 Kupplungselement,KupplungCoupling element,clutch 2121 Entspannungsmaschine,Speicherflui-EntspannungsmaschineExpansion machine,Speicherflui expansion machine 2222 elektrischeMaschineelectricalmachine 2323 Kompressor,Verdichter, TurboverdichterCompressor,Compressor, turbo compressor 2424 Kupplungselement,KupplungCoupling element,clutch 2525 Kupplungselement,KupplungCoupling element,clutch 3131 Rückschlagelement,RückschlagklappeCheck elementcheck valve 3232 Rückschlagelement,RückschlagklappeCheck elementcheck valve 3333 Stellorgan,VentilActuator,Valve 3434 Stellorgan,VentilActuator,Valve 3535 Kühlercooler 3636 Kühlercooler 3737 Absperrorganshutoff 4141 WärmeübertragerHeat exchanger 4242 Feuerungseinrichtungfiring 4343 Abhitzedampferzeugerheat recovery steam generator 4444 AbgaswärmetauscherExhaust gas heat exchanger 4545 Zusatzfeuerungsupplementary firing 4646 FrischluftgebläseFresh air blower
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Kraftwerksanlage, umfassend einen ersten Wellenstrang(1) und einen zweiten Wellenstrang (2), wobeiauf dem zweiten Wellenstrang eine Entspannungsmaschine (21)für einDruckspeicherfluid, eine zweite elektrische Maschine (22),und ein zweiter Kompressor (23) für das Speicherfluid angeordnet sind,und auf dem ersten Wellenstrang eine Gasturbogruppe (11)und eine erste elektrische Maschine (12) angeordnet sind, dadurchgekennzeichnet, dass auf dem ersten Wellenstrang ein ersterKompressor (13) fürdas Druckspeicherfluid angeordnet ist.Power plant comprising a first shaft train ( 1 ) and a second wave train ( 2 ), wherein on the second shaft train a relaxation machine ( 21 ) for an accumulator fluid, a second electrical machine ( 22 ), and a second compressor ( 23 ) are arranged for the storage fluid, and on the first shaft train a gas turbine group ( 11 ) and a first electric machine ( 12 ) are arranged, characterized in that on the first shaft strand, a first compressor ( 13 ) is arranged for the pressure accumulator fluid.
    [2]
    Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Gasturbogruppe (11) einen Abgaswärmetauscher(44) aufweist, wobei der Abgaswärmetauscher primärseitigvom entspannten Heissgas der Gasturbogruppe durchströmbar istund sekundärseitigvon dem der Entspanungsmaschine (21) zuströmenden Speicherfluiddurchströmbarist.Power plant according to claim 1, characterized in that the gas turbine group ( 11 ) an exhaust gas heat exchanger ( 44 ), wherein the exhaust gas heat exchanger on the primary side can be flowed through by the expanded hot gas of the gas turbine group and on the secondary side of the exhaust gas recirculation machine ( 21 ) flowing through the storage fluid can be flowed through.
    [3]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der erste Kompressor (13) und derzweite Kompressor (23) strömungsmässig parallel geschaltet sind, derart,dass insbesondere jeder Kompressor Umgebungsluft ansaugt und beideKompressoren in ein gemeinsames Speichervolumen (3) fördern.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the first compressor ( 13 ) and the second compressor ( 23 ) are connected in parallel in terms of flow, such that in particular each compressor sucks ambient air and both compressors into a common storage volume ( 3 ).
    [4]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der Ansprüche 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoren strömungsmässig inReihe geschaltet sind, derart, dass insbesondere ein Kompressor(13) Luft aus der Umgebung ansaugt, die verdichtete Luft zudem anderen Kompressor (23) leitet, und dieser die weiterverdichteteLuft in ein Speichervolumen (3) fördert.Power plant according to one of claims 1 or 2, characterized in that the compressors are connected in flow in series, such that in particular a compressor ( 13 ) Draws in air from the environment, the compressed air to the other compressor ( 23 ), and this the further compressed air in a storage volume ( 3 ) promotes.
    [5]
    Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass zwischen den Kompressoren (13, 23) ein Kühler (35)für dasteilverdichtete Fluid angeordnet ist.Power plant according to claim 4, characterized in that between the compressors ( 13 . 23 ) a cooler ( 35 ) is arranged for the partially compressed fluid.
    [6]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass eine Wärmezuführeinrichtung(41,42) fürder Entspannungsmaschine (21) zuströmendes Speicherfluid angeordnetist.Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a heat supply device ( 41 . 42 ) for the relaxation machine ( 21 ) is arranged inflowing storage fluid.
    [7]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurchgekennzeichnet, dass beide elektrischen Maschinen sowohl elektromotorischals auch generatorisch betreibbar sind.Power plant according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that both electric machines are both electric motoras well as generically operable.
    [8]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die maximale Leistungsabgabe der Gasturbogruppe grösser alsoder wenigstens gleich gross ist wie die maximale Leistungsaufnahmedes ersten Kompressors, und, dass die maximale Leistungsabgabe der Entspannungsmaschinegrösserals oder wenigstens gleich gross ist wie die maximale Leistungsaufnahme deszweiten Kompressors.Power plant according to one of the preceding claims, characterizedin that the maximum power output of the gas turbine group is greater thanor at least the same size as the maximum power consumptionof the first compressor, and that the maximum power output of the expansion machinegreaterthan or at least the same size as the maximum power consumption of thesecond compressor.
    [9]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das maximale Druckverhältnis der Kompression grösser als50 und insbesondere grösserals 100 ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the maximum pressure ratio of the compression is greater than50 and in particular biggerthan 100's.
    [10]
    Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die gesamte Verdichterleistung des ersten unddes zweiten Kompressors zusammen grösser als 100 MW, insbesonderegrösserals 120 MW, ist.Power plant according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the total compressor capacity of the first andthe second compressor together greater than 100 MW, in particulargreaterthan 120 MW, is.
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    同族专利:
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    引用文献:
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