Flexibilisiertes Gasturbinenkraftwerk Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenkraftwerk, welches zur verbesserten Flexibilisierung eine Gasturbine aufweist, die mit einem Rekuperator wärmetechnisch verschaltet ist, sowie eine Zuführleitung für Wasser. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Gasturbinenkraftwerks.

Aufgrund des raschen Ausbaus zeitlich fluktuierender, regenerativer Energiequellen zur Bereitstellung elektrischer Energie in den Stromversorgungsnetzwerken, zeichnen sich bereits in einigen Ländern bzw. Regionen Europas Probleme ab, die Netzwerkstabilität zu gewährleisten. Aufgrund der zeitlich stark variierenden Mengen an Überschussstrom aus diesen regenerativen Energiequellen, sowie aufgrund einer verhältnismäßig geringen Anzahl von weiteren einspeisenden Energiequel- len, die zur Ausgleichung des fluktuierenden Überstroms dienen könnten, sind Netzwerkdienstleistungen zum Ausgleich dieser fluktuierender Energiemengen zunehmend erforderlich.

Zeitweise werden fossile Kraftwerke als Netzreserve für die regenerativen Energiequellen bereit gehalten, damit diese zu Zeiten, zu welchen eine verminderte Einspeisung aus den regenerativen Energiequellen vorherrscht, den Mangel ausgleichen können. Da fossile Kraftwerke jedoch zunehmend unter sinkender Auslastung und damit unter verminderter Wirtschaftlich- keit leiden, sind weitere Maßnahmen zur Erhaltung der Netzwerkstabilität etwa durch Nachrüstung und Flexibilisierung der regenerativen Energiequellen bzw. durch Netzausbau und Errichtung von Phasenschiebern (Synchrongeneratoren) erforderlich. Zudem werden vermehrt auch stärker flexibilisierte Gas-und-Dampfkraftwerke (GuD-Kraftwerke) mit vereinfachten

Dampfkreisläufen (FlexPlants) zur Netzwerkstabilisierung eingesetzt . Problematisch an diesen Ansätzen ist jedoch, dass insbesondere fossile Kraftwerke nur sehr eingeschränkt für einen kurzzeitigen Betrieb und damit zur kurzzeitigen Netzwerkstabilisierung ausgelegt sind. Insbesondere aufgrund der typischer- weise hohen Bereitstellungszeiten, welche im Bereich von Stunden liegen können, sind fossile Kraftwerke nur unter schlechten wirtschaftlichen Bedingungen für diese Aufgaben geeignet. Die Wirtschaftlichkeit des Betriebs dieser aus dem Stand der Technik bekannten Kraftwerke ist wegen oftmals nicht ausreichend hohen Wirkungsgraden bei der Stromproduktion nachteilig.

Aus diesem Grund werden derzeit zahlreiche weitere technische Maßnahmen diskutiert, die zu einer verbesserten Flexibilisie- rung und Wirkungsgradsteigerung von bereits bestehender Energieinfrastruktur beitragen können. Ein Verfahren, welches im Bereich der Energieerzeugung mittels Gasturbinen für die Bereitstellung von kurzzeitiger Regelleistung geeignet ist, ist die Injektion von Wasser bzw. Dampf (= Wasserdampf) in die Gasturbine, um den in dem Expander der Gasturbine zu entspannenden Massenstrom zu vergrößern. Hierzu wird flüssiges Wasser bzw. Dampf in den Kompressor bzw. die Brennkammer der Gasturbine eingeführt, welches möglicherweise nach Überführung in die Gasphase zusammen mit den Verbrennungsabgasen in dem Expander entspannt wird. Aufgrund der Erhöhung des Massenstroms wird auch die mechanische Entspannungsleistung kurzzeitig erhöht, wodurch für die Zeit, über welche Wasser bzw. Dampf in die Gasturbine injiziert wird, eine erhöhte elektrische Leistungsausgabe folgt.

Zur Wirkungsgradsteigerung von bestehenden Gasturbinenkraftwerken kann bspw. ein Rekuparator vorgesehen werden, der die thermische Energie, des aus dem Expander entnommenen Abgases weiter zur thermischen Aufbereitung anderer Fluide nutzt. Insbesondere kann die thermische Energie, welche in dem Abgas einer Gasturbine noch vorhanden ist, zur Dampfbereitung genutzt werden, die in einem mit dem Gasturbinenprozess gekoppelten Dampfprozess zur Rückverstromung erfolgt. Wird der Betrieb eines solchen Rekuperators mit der vorab beschriebenen Injektion von Wasser in eine Gasturbine kombiniert, kann eine signifikante Wirkungsgradsteigerung erreicht werden, da das in die Gasturbine injizierte Wasser in der Gasturbine erwärmt wird, und dieses so erwärmte Wasser eine hohe Wärmetransferrate in dem Rekuperator ermöglicht. Die Wärmetransferrate ist hierbei größer als bei einem Wärmeübertrag aus einem im Vergleich hierzu „trockenen" Abgas bei gleicher Temperatur. Die Kombination von injiziertem Wasser und Rekuperator kann so eine synergistische Wirkungsgradsteigerung ermöglichen. Ein solcher Betrieb einer Gasturbine wird typischerweise auch als „Regenerated Water Injected" (RWI) - Gasturbinenprozess bezeichnet.

Beide oben beschriebene Maßnahmen der Flexibilisierung und Wirkungsgradsteigerung sind etwa aus dem US-Patent 4,928,478 bekannt. Vergleichbare Maßnahmen können auch beispielsweise aus der veröffentlichten Doktorarbeit von Markus Thern ent- nommen werden, welche an der Universität Lund am 12. Dez.2005 unter dem Titel „Humidification process in gas turbine cycles" veröffentlicht wurde.

Obwohl die in dem Stand der Technik beschriebenen Flexibili- sierungs- und Wirkungsgradsteigerungsmaßnahmen bereits vorteilhafte Ansätze bieten, um ein Gasturbinenkraftwerk hinsichtlich seiner Fahrweise verbessert zur Netzwerkstabilisierung einsetzen zu können, ergeben sich dennoch weiterhin Defizite, die eine noch stärkere Flexibilisierung bzw. Wir- kungsgradsteigerung erfordern. So können die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen keine technischen Lösungsansätze vorschlagen, um etwa bereits bestehende Überschussmengen in den öffentlichen Stromversorgungsnetzwerken an elektrischer Energie zu nutzen bzw. auszugleichen. Gerade eine solche Nutzung erweist sich aber zunehmend als wirtschaftlich interessant, da diese Mengen an Überschussenergie unter wirtschaftlichen Vorteilen, d.h. sogar unter Nutzungsentgeld, zur Verfügung gestellt werden können. Weiterhin erlauben die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsmaßnahmen lediglich eine unmittelbare Reaktion auf die sich verändernden Angebote bzw. Nachfragen von elektrischer Energie in den Stromversorgungsnetzwerken. Wird also beispielsweise vermehrt Energie nachgefragt, kann durch gezielte Injizierung von Wasser bzw. Dampf in eine Gasturbine vermehrt elektrische Energie bereit gestellt werden, um die Nachfrage zu decken. Die zu einem Zeitpunkt bestehende Nachfrage wird also stets durch eine zeitlich damit in unmittelbarer Verbindung stehende Reaktion beantwortet. Energiemengen, die beispielsweise zu anderen Zeitpunkten wirtschaftlich günstiger anfallen, können gemäß diesen Lösungsvorschlägen jedoch nicht zur Netzwerkstabilisierung genutzt werden.

Weiterhin bleibt zu bedenken, dass zahlreiche Gasturbinenkraftwerke in Regionen der Erde betrieben werden, welche einer großen Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. In diesen Regionen wäre es überdies wünschenswert, eine Flexibilisierung eines Gasturbinenkraftwerks derart zu verwirklichen, dass auch geeignete Kälteleistung zur Verfügung gestellt werden könnte, wenn diese etwa nachgefragt wird. Diese Kälteleistung sollte ebenfalls mittels bereits bestehender Energieinfrastruktur bereitgestellt werden können.

Folglich stellt es sich als technische Aufgabe dar, diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Gasturbinenkraftwerken zu vermeiden, insbesondere ein stärker flexibili- siertes Gasturbinenkraftwerk sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen vorzuschlagen.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Gasturbinenkraftwerk gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Gasturbinenkraftwerks nach Anspruch 10 gelöst.

Insbesondere werden diese der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben gelöst durch ein Gasturbinenkraftwerk, umfassend ei- ne einen Kompressor, eine Brennkammer und einen Expander aufweisende Gasturbine, die mit einer Energetisierungseinheit drehmechanisch gekoppelt ist, wobei die Energetisierungseinheit sowohl für einen motorischen Betrieb des Kompressors, als auch für einen Strom erzeugenden generatorischen Betrieb der Gasturbine ausgebildet ist, sowie weiterhin einen Rekuperator, welcher mit einer Abgasleitung der Gasturbine derart wärmetechnisch verschaltet ist, dass bei Betrieb der Gasturbine Wärme aus dem Abgasstrom in der Abgasleitung auf einen Fluidstrom in einer Fluidleitung übertragen werden kann, welcher der Brennkammer zugeführt wird, wobei weiterhin eine Zuführleitung für Wasser vorgesehen ist, welche fluidtechnisch derart mit der Gasturbine verschaltet ist, dass Wasser der Gasturbine zur Erhöhung des Betriebsmassenstroms bei Betrieb zugeleitet werden kann, und wobei die Abgasleitung überdies wärmetechnisch mit wenigstens einem Wärmespeicher gekoppelt ist, so dass bei Betrieb der Gasturbine die Wärme des Abgasstroms auf ein Wärmespeichermedium zur Bevorratung in den Wärmespeicher übertragen werden kann.

Weiterhin wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Gasturbinenkraftwerks gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: während einer ersten Betriebsphase:

Betreiben der Energetisierungseinheit zur generatorischen Stromerzeugung ;

Zuleiten von Wasser mittels der Zuführleitung an die Gasturbine zur Erhöhung des Betriebsmassenstroms;

- Verdichten von Fluid mittels des Kompressors und Führen des verdichteten Fluidstroms mittels der Fluidleitung an die Brennkammer;

Verbrennen des verdichteten Fluids zusammen mit einem Brennstoff in der Brennkammer;

- Zuleitung der Verbrennungsprodukte von der Brennkammer an den Expander; _r

Entspannen der Verbrennungsprodukte in dem Expander und Ableiten des Abgasstroms aus dem Expander mittels der Abgasableitung;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf das Fluid des Fluidstroms mittels des Rekuperators;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf ein erstes Wärmespeichermedium mittels eines ersten Wärmetauschers und Speichern des Wärmespeichermediums in dem ersten Wärmespeicher;

und während einer zweiten Betriebsphase, die nicht zu Zeiten der ersten Betriebsphase ausgeführt wird:

Betreiben der Energetisierungseinheit zum motorischen Antrieb des Kompressors;

Verdichten von Luft mittels des Kompressors und führen des verdichteten Luftstroms mittels der Fluidleitung an die Brennkammer;

Verbrennen der verdichteten Luft zusammen mit einem

Brennstoff in der Brennkammer;

Zuleitung der Verbrennungsprodukte von der Brennkammer an den Expander;

Entspannen der Verbrennungsprodukte in dem Expander und Ableiten des Abgasstroms mittels der Abgasableitung;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf den Fluid- strom mittels des Rekuperators;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf ein erstes Wärmespeichermedium mittels des ersten Wärmetauschers und Speichern des Wärmemediums in dem ersten Wärmespeicher. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Betrieb eines Gasturbinenkraftwerks bzw. einer Gasturbine hier allgemein zu verstehen ist. Der Betrieb umfasst also sowohl den motorischen Betrieb als auch den generatorischen Betrieb. Der motorische Betrieb geht hierbei über einen gewöhnlichen

Startbetrieb hinaus und erlaubt den anhaltenden Betrieb des Kompressors (zusammen mit der damit mechanisch gekoppelten Welle, auf welcher auch der Expander angeordnet sein kann) auch auf Nenndrehzahlen, die anderweitig nur bei einem her- kömmlich befeuerten Betrieb der Gasturbine erreicht werden könnten. Typischerweise ist die Energetisierungseinheit also als Motor/Generator ausgeführt. Weiterhin ist der Begriff der Wärme vorliegend allgemein zu verstehen. So kann etwa Wärme im Sinne von positiver thermischer Energie, aber auch im Sinne von negativer thermischer Energie, also Kälte, verstanden werden. Erfindungsgemäß ermöglicht das Gasturbinenkraftwerk die Nutzung von Wärme aus dem Abgasstrom mittels des Rekuperators. Der Rekuperator erlaubt, wenigstens einen Teil dieser Wärme auf einen Fluidstrom in einer Fluidleitung zu übertragen. Der Fluidstrom wird der Brennkammer zugeführt, so dass nach Ein- führung in die Brennkammer, die in dem Fluidstrom befindliche Wärme erneut für den Gasturbinenprozess zur Verfügung gestellt werden kann. Der Fluidstrom kann hierbei beispielsweise ein Luftstrom, ein befeuchteter Luftstrom oder möglicherweise auch ein Gemisch von Luft, Wasser und Brennstoff sein. Ebenfalls ein reiner Brennstoff-Fluidstrom (z.B. Erdgas oder Methan) kann durch den Fluidstrom mit umfasst sein.

Die Flexibilisierung des Gasturbinenkraftwerks bzw. die Wirkungsgradsteigerung ist zunächst durch das Vorsehen einer Energetisierungseinheit zu verstehen, welche sowohl für einen motorischen Betrieb, etwa zum Antrieb des Kompressors, als auch für einen generatorischen Betrieb, etwa zur Erzeugung von elektrischem Strom, geeignet ist. Damit kann auch den Stromversorgungsnetzwerken zu Zeiten des Angebots von Über- schussenergie elektrischer Strom entnommen werden, um diesen einem mechanisch-thermischen Prozess zuzuführen. Durch den motorischen Betrieb des Kompressors wird Luft nach deren Einsaugung in die Gasturbine verdichtet und an die Brennkammer geleitet. Die verdichtete Luft kann unter Verbrennung von Brennstoff bzw. auch unter Abwesenheit eines Verbrennungsvorgangs einem Expander zugeleitet werden, über welchen eine thermische Entspannung erfolgt. Die dem Abgasstrom weiterhin inne wohnende thermische Energie kann nun wiederum mittels des Rekuperators in thermische Nutzenergie umgesetzt werden. Hierbei wird etwa Wärme aus dem Abgasstrom auf den Fluid- strom, welcher der Brennkammer zugeführt wird, erneut aufgebracht. Ebenso kann die Wärme aus dem Abgasstrom auch mittels eines ersten Wärmetauschers auf ein Wärmespeichermedium übertragen werden, welches in dem ersten Wärmespeicher zeitlich zwischengespeichert wird. Durch die Zwischenspeicherung steht die so bereitgestellte thermische Energie auch zu späteren Zeitpunkten zur Verfügung, und kann dann bei Bedarf durch ei- nen geeigneten Prozess rückverstromt werden. Der Wärmespeicher vermag zudem auch Wärme für geeignete Anwendungen zur Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung zu stellen. So kann etwa der Wärmespeicher mit einem Fernwärmenetzwerk bzw. Anlagen zur industriellen wie häuslichen Wärmenutzung verschaltet sein. So weist der Wärmespeicher beispielsweise einen wärmetechnischen und/oder einen fluidtechnischen Anschluss für eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) auf, die insbesondere ein Fernwärmenetzwerk ist. Die erfindungsgemäße Zuführleitung für Wasser führt Wasser in möglicherweise verschiedenen Aggregatzuständen. So kann Wasser etwa in flüssiger Form, bzw. auch in dampfförmiger Form oder in einer Mischform geführt werden. Bevorzugt ist jedoch die Führung von flüssigem Wasser, da dieses nach Injektion in die Gasturbine zu einer Kühlung der Verbrennungsgase beiträgt. Nach Injektion bzw. Zuleitung an die Brennkammer und/oder den Kompressor der Gasturbine steht die in dem Wasser befindliche Wärme für den Gasturbinenprozess bei thermischer Entspannung in dem Expander zur Verfügung. Nachfolgend soll, soweit nicht ausdrücklich darauf hingewiesen, Wasser sowohl als flüssiges wie auch als dampfförmiges Wasser verstanden werden.

Die Zuführleitung kann je nach Ausführungsform der Erfindung sowohl in die Brennkammer münden und/oder in den Kompressor der Gasturbine. Die verbesserte Flexibilisierung des Gasturbinenkraftwerks gemäß der vorliegenden Erfindung resultiert also zum einen aus der Mehrzahl an verschiedenen Betriebsarten, welche der motorische bzw. der generatorische Betrieb der Energetisie- rungseinheit ermöglicht, sowie der zeitlichen Bevorratung von während eines Gasturbinenprozesses erzeugter thermischer Energie in einem Wärmespeicher. Der bezeichnete Gasturbinen- prozess bezieht sich hierbei auf die Mehrzahl an verschiedenen möglichen Fahrweisen der Gasturbine. Durch die Bereit- Stellung des Wärmespeichers ermöglicht sich auch die Wärmenutzung in weiteren Wärmeprozessen, insbesondere in Verbindung mit Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen .

Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidstrom in der Fluidleitung im Wesentlichen komprimierte Luft ist, wobei die Fluidleitung an den Kompressor fluidtechnisch angeschlossen ist. Die Fluidleitung ermöglicht also, die Abführung von komprimierter Luft aus dem Kompressor, und eine anschließende Zuführung nach thermischer Aufbereitung mittels des Rekuperators an die Brennkammer. In einer weitergehenden Ausführungs- form kann auch noch vorgesehen sein, dass Wasser in Form von Dampf dem Fluidstrom zugegeben wird. Damit kann in der Fluidleitung ein Luft-Wasser-Gemisch geführt werden, welches in der Brennkammer etwa mit einem Brennstoff zusammen verbrannt werden kann. Das Wasser dient bei einer Verbrennung als Moderator, bei einer Entspannung aber als Kältemittel. Insofern stellt sich auch die nachfolgende Ausführungsform als besonders vorteilhaft dar.

Entsprechend dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass weiterhin eine Wasserleitung umfasst ist, welche in die Fluidleitung mündet und den Fluidstrom in der Fluidleitung bei Betrieb der Gasturbine mit Wasser versorgen kann. Die Wasser- leitung kann hierbei Wasser in flüssiger, wie gasförmiger

(dampfförmiger) Phase, oder einer Mischform führen. Ganz besonders bevorzugt mündet die Wasserleitung in die Fluidleitung zwischen Kompressor und Rekuperator. Damit kann auch das über die Wasserleitung der Fluidleitung zugeführte Wasser in dem Rekuperator thermisch aufbereitet werden. Nach Zuführung des Luft-Wasser-Gemisches an die Brennkammer ist ausführungsgemäß keine Mischung der einzelnen Bestandteile mehr notwen- dig, da eine meist ausreichende Mischung in der Fluidleitung erfolgt ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitung mit einem Konden- sator wärmetechnisch verschaltet ist, welcher derart ausgebildet ist und jeweils mit der Zuführleitung und/oder Wasserleitung verschaltet ist, dass darin kondensiertes Wasser entsprechend erneut der Zuführleitung und/oder Wasserleitung zugeführt werden kann. Der Kondensator ermöglicht somit die Ab- Scheidung von in dem Abgas befindlichen Wasser, welches erneut in dem flexibilisierten Gasturbinenkraftwerksprozess genutzt werden kann. Hieraus ergibt sich ein wenigstens teilweiser Wasserkreislauf zur umweltschonenden und effizienten Wassernutzung .

Weiterhin kann gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Abgasleitung wärmetechnisch wenigstens mit zwei Wärmespeichern gekoppelt ist, wobei der erste Wärmespeicher mit einem ersten Wärmespeichermedium und der zweite Wärmespeicher mit einem zweiten Wärmespeichermedium versehen ist, und bei regulärem Betrieb das Temperaturniveau des ersten Wärmespeichers ungleich ist zu dem Temperaturniveau des zweiten Wärmespeichers. Bevorzugt ist der erste Wärmespeicher beispielsweise als Heißspeicher ausgebildet, dessen Betriebstemperatur typischerweise über der Umgebungstemperatur liegt, also etwa zwischen 30 °C und 200 °C, und der zweite Wärmespeicher als Kaltspeicher, dessen Temperaturniveau typischerweise unter der Umgebungstemperatur also etwa von 0 °C bis 30 °C liegt. Die Temperaturgrenzen können hier- bei je nach Umgebungstemperatur schwanken. Eine Schwankungs- breite von etwa 10 °C kann hierbei angenommen werden. Der flexibilisierte Einsatz der Gasturbine bei motorischem Betrieb der Energetisierungseinheit erlaubt neben der Bereitstellung von Wärme aus dem Abgasstrom der Gasturbine auch die Bereitstellung eines Kältestroms, nämlich dann, wenn die Energetisierungseinheit motorisch betrieben wird und der komprimierten Luft in dem Kompressor bzw. der Brennkammer Wasser vor der Entspannung in dem Expander zugegeben wird. Eine Verbrennung von Brennstoff findet hierbei in der Brennkammer typischerweise nicht statt. Aufgrund der Entspannung in dem Ex- pander erfolgt eine Abkühlung des Wasser-Luft-Gemisches, welche typischerweise Temperaturen von bis zu 0 °C erreichen lässt. Darunter liegende Temperaturen sind in der Tat ebenfalls erreichbar, jedoch bei regelmäßigem Betrieb nicht angestrebt, da die Ausbildung von Feststoffen (kristallisiertes Wasser) die Beschädigung des Expanders zur Folge haben könnte .

Je nach Betriebsweise des Gasturbinenkraftwerks kann somit Wärme (durch den Abgasstrom der Gasturbine) oder auch Kälte (bei der vorab beschriebenen Ausführung der Kälteexpansion) bereitgestellt werden. Die Wärme, die hierbei auf jeweils zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitgestellt werden kann, kann ausführungsgemäß in zwei unterschiedlichen Wärmespeichern, die mit jeweils einem Wärmespeichermedium versehen sind, zwischengespeichert werden. Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es auch möglich, nur einen Wärmespeicher für beide vorzusehen.

Gemäß einer Weiterführung dieser Erfindungsidee ist vorgese- hen, dass der erste Wärmespeicher über einen ersten Wärmetauscher mit der Abgasleitung wärmetechnisch verschaltet ist, und der zweite Wärmespeicher über einen zweiten Wärmetauscher mit der Abgasleitung wärmetechnisch verschaltet ist, wobei der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher nicht identisch sind. Beide Wärmespeicher können also individuell über separate Wärmetauscher angesprochen werden bzw. den Wärmeaustausch mit dem in der Abgasleitung geführten Medium bewirken. Damit wird die Flexibilisierung des Gasturbinenkraft- werks weiter erhöht, und eine effiziente Wärmespeicherung gewährleistet. Alternativ ist wiederum möglich, nur einen Wärmespeicher und damit jeweils nur einen Wärmetauscher in dem Gasturbinenkraftwerks vorzusehen .

Alternativ zu dieser Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der erste Wärmespeicher als auch der zweite Wärmespeicher über einen ersten Wärmetauscher mit der Abgasleitung wärmetechnisch verschaltet sind. Beide Wärmespeicher können also nur über einen Wärmetauscher (erster Wärmetauscher) thermische Energie aufnehmen bzw. möglicherweise auch abgeben. Durch diese Bauteilreduzierung verbessert sich der Bau- und damit der Kostenaufwand. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass weiterhin eine Bypass- Leitung vorgesehen ist, welche mit der Fluidleitung fluid- technisch verschaltet ist und die erlaubt, wenigstens einen Teil des in der Fluidleitung geführten Fluidstroms um den Re- kuperator herumzuführen, ohne dass dieser in dem Rekuperator Wärme aufnimmt oder abgibt. Die Bypass-Leitung ermöglicht insbesondere bei motorischem Betrieb der Energetisierungs- einheit, die Umgehung des Rekuperators, so dass der der

Brennkammer zugeführte komprimierte Fluidstrom seinen Wärme- inhalt im Wesentlichen behält. Würde die Fluidleitung nämlich über den Rekuperator geführt, könnte es zu einer Verminderung des Wärmeinhalts kommen, da das aus der Abgasleitung ausgeführte Abgas ein geringeres Temperaturniveau aufweist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidleitung zudem mit einer Abzweigleitung fluidtechnisch verschaltet ist, die erlaubt, wenigstens einen Teil oder sogar die Gesamtheit des in der Fluidleitung geführten Fluidstrom direkt an den ersten Wärmetauscher oder zweiten Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zu führen. Die Abzweigleitung kann hierbei stromaufwärts bzw. stromabwärts im Bezug auf den Rekuperator angeordnet sein. Insbesondere dann, wenn die Abzweigleitung stromaufwärts vor- gesehen ist, kann der aus dem Kompressor entnommene Fluid- strom, welcher aufgrund der Kompression im Wesentlichen adiabatisch erwärmt wurde, zur Wärmeübertragung an den ersten Wärmespeicher bzw. zweiten Wärmespeicher direkt an den ersten Wärmetauscher bzw. den zweiten Wärmetauscher geführt werden. Folglich steht zum Wärmeaustausch die gesamte im Fluidstrom befindliche Wärmeenergie aufgrund der adiabatischen Erwärmung zur Verfügung. Eine weitere thermische Konditionierung, insbesondere zu einem geringeren Temperaturniveau hin, kann hierbei vermieden werden.

Entsprechend einer ersten besonders bevorzugten Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass weiterhin die folgenden Schritte während einer weiteren Betriebs- phase, die nicht zu Zeiten der ersten oder zweiten Betriebsphase ausgeführt wird, umfasst sind:

Betreiben der Energetisierungseinheit zum motorischen Antrieb des Kompressors;

- Verdichten von Luft mittels des Kompressors und Führen des verdichteten Luftstroms mittels der Fluidleitung und der Abzweigleitung an den ersten Wärmetauscher;

Übertragen von Wärme aus dem verdichteten Luftstrom auf ein erstes Wärmemedium mittels des ersten Wärmetauschers und Speichern des Wärmemediums in dem ersten Wärmespeicher .

Der motorische Antrieb des Kompressors ermöglicht die Entnahme von Überschussstrom aus den Stromversorgungsnetzwerken zu wirtschaftlich vorteilhaften Bedingungen, sowie die Umsetzung dieser elektrischen Energie in thermische Energie die in dem ersten Wärmespeicher zwischengespeichert werden kann. Damit steht die so erzeugte thermische Energie für weitere Anwendungen zur Verfügung, insbesondere für Anwendungen im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung, soweit der Wärmespeicher mit geeigneten Vorrichtungen hierzu verschaltet ist. Die Bereitstellung von thermischer Energie mittels des komprimierten Luftstroms, lässt sich zudem auch innerhalb von relativ kurzen Zeitspannen (weniger Minuten) erreichen, wodurch der Betrieb einen verbesserten Flexibilisierungsgrad annimmt.

Gemäß einer alternativen oder auch ergänzenden Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ebenso die nachfolgenden Schritte während einer weiteren Betriebsphase um- fasst, die nicht zu Zeiten der ersten, zweiten oder dritten Betriebsphase ausgeführt wird: - Betreiben der Energetisierungseinheit zum motorischen Antrieb des Kompressors;

Zuleiten von Wasser mittels der Zuführleitung an die Gasturbine zur Erhöhung des Betriebsmassenstroms;

Verdichten von Fluid mittels des Kompressors und Führen des verdichteten Fluidstroms mittels der Fluidleitung und der Bypass-Leitung unter Umgehung des Rekuperators an die Brennkammer ;

kein oder nur vermindertes Verbrennen eines Brennstoffes in der Brennkammer;

- Zuleitung des verdichteten Fluidstroms von der Brennkammer an den Expander;

Entspannen des Fluidstroms als Abgasstrom in dem Expander und Ableiten desselben mittels der Abgasableitung;

Übertragen von Wärme aus dem abgeleiteten Abgasstrom auf ein erstes oder zweites Wärmespeichermedium mittels eines ersten Wärmetauschers oder eines zweiten Wärmetauschers und Speichern des Wärmespeichermediums in dem ersten Wärmespeicher oder dem zweiten Wärmespeicher. Aufgrund der Entspannung des wasserhaltigen Abgasstroms in dem Expander kann ein Abgasstrom auf einem Temperaturniveau bereitgestellt werden, welches deutlich unter dem Temperaturniveau liegt, das bei dem herkömmlichen Betrieb der Gasturbine im Abgasstrom vorliegt. Insbesondere kann Wärme auf einem Temperaturniveau von weniger als der Umgebungstemperatur bereitgestellt werden, welche etwa als Kälte (negative thermische Energie) in dem ersten bzw. zweiten Wärmespeicher zeitlich zwischengespeichert werden kann. Insbesondere bei Anwen- dung dieses Verfahrens in verhältnismäßig warmen Ländern, beispielsweise nahe dem Äquator, kann so Kälte bereitgestellt werden, die wiederum bspw. in geeignete Kühleinrichtungen eingespeist werden kann. So ist es etwa möglich, die in einem Wärmespeicher zwischengespeicherte Kälte mittels eines geeigneten Fernkältenetzwerkes zu häuslichen bzw. industriellen Kühlzwecken zu nutzen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von einzelnen Figuren im Detail näher erläutert werden. Hierbei ist darauf zu verweisen, dass die technischen Merkmale mit gleichen Bezugszeichen, gleiche technische Wirkungen aufweisen sollen.

An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die nach- folgend beschriebenen technischen Merkmale für sich alleine, wie auch in beliebiger Kombination miteinander beansprucht werden sollen, soweit die Kombination die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen vermag. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgenden Figuren lediglich schematisch und als Funktionsschaltung zu verstehen sind und damit keine Einschränkungen hinsichtlich der Ausführbarkeit der Erfindung erlauben. Hierbei zeigen:

FIG 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 entsprechend einer ersten möglichen Betriebsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens;

FIG 2 die in FIG 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 gemäß einer weiteren Betriebsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens;

FIG 3 die in FIG 1 und 2 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 entsprechend einer weiteren Betriebsphase; FIG 4 die in FIG 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 entsprechend einer weiteren Betriebsphase; FIG 5 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 entsprechend einer ersten Betriebsphase des erfindungsgemäßen Verfahrens;

FIG 6 eine flussdiagrammatische Darstellung einer Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Gasturbinenkraftwerks 1 entsprechend den oben bzw. unten beschriebenen Ausführungsformen .

FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1 gemäß einer ersten Betriebsphase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb desselben. Das Gasturbinenkraftwerk 1 umfasst hierbei eine Gasturbine 10, welche mit einer Energetisierungseinheit 5 drehmechanisch gekoppelt ist. Weiter umfasst die Gasturbine 10 einen Kompressor 11, in welchen Luft L bei Betrieb eingesaugt werden kann. Gleichzeitig kann dem Kompressor 11 Wasser über eine Zuführleitung 17 in dampfförmiger Phase bzw. in flüssiger Phase zugeleitet werden. Nach Kompression der Luft L bzw. des Luft-Wasser-Gemisches zu einem komprimierten

Fluid, wird dieses über eine Fluidleitung 16 als Fluidstrom 15 der Brennkammer 12 zugeführt. Zum Wärmeaustausch vor der Brennkammer 12 ist ein Rekuperator 20 vorgesehen, mittels welchem die Wärme des Abgasstroms in der Abgasleitung 14 entnommen und auf den Fluidstrom 15 übertragen werden kann. In der Brennkammer 12, bzw. bereits davor, wird der so komprimierte Fluidstrom 15 mit dem der Brennkammer 12 zugeführten Brennstoff B vermischt und in der Brennkammer 12 verbrannt. Die Verbrennungsprodukte werden dem Expander 13 zugeleitet, über welchen eine thermische Entspannung unter gleichzeitiger mechanischer Arbeitsleitung erfolgt.

Neben der Wärmeübertragung aus dem Abgasstrom in Abgasleitung 14 mittels des Rekuperators 20 erfolgt weiter eine Wärmeüber- tragung mittels des ersten Wärmetauschers 32, welcher optional auch einen Kondensator 40 mit umfassen kann (vorliegend nicht ausdrücklich gezeichnet) . Die Wärme, die in dem ersten Wärmetauscher 32 übertragen wird, wird auf ein erstes Wärme- speichermedium 35 übertragen, welches in dem ersten Wärmespeicher 30 bevorratet werden kann. Zur Nutzung dieser so bevorrateten Wärme kann der Wärmespeicher 30 eine geeignete wärmetechnische Verschaltung mit einem Fernwärmenetzwerk 50 aufweisen, bzw. einer anderen Form der Wärmenutzungseinrich- tung.

Alternativ zur Zugabe des Wassers mittels der Zuführleitung 17 an den Kompressor kann auch eine Wasserzuleitung mittels Wasserleitung 18 erfolgen, die das Wasser in dampfförmiger Phase der Fluidleitung 16 zuführt.

Zur thermischen Konditionierung der über den Expander 13 entspannten Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 12 kann ebenso über eine nicht weiter mit Bezugszeichen versehene Ab- zweigung aus der Fluidleitung 16 dem Expander direkt ein

Teilstrom des Fluidstroms 15 zugegeben werden. Dies unterstützt die Umwandlung von thermischer Energie in Drehenergie.

FIG 2 zeigt die in FIG 1 bereits dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks 1, welches in einer zweiten Betriebsphase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Gasturbinenkraftwerks betrieben wird. Anders als in der ersten Betriebsphase wird nun dem Kompressor 11 bzw. der Fluidleitung 16 kein Was- ser zugeführt. Gleichzeitig wird die Energetisierungseinheit 5 motorisch betrieben, so dass Luft in den Kompressor 11 eingesaugt und als komprimierter Fluidstrom 15 in der Fluidleitung 16 der Brennkammer 12 zugeführt wird. Aufgrund der adiabatischen Erwärmung durch Komprimierung in dem Kompressor 11 weist der Fluidstrom ein über der Umgebungstemperatur liegendes Temperaturniveau auf (bis zu 250 °C) . In der Brennkammer 12 wird der verdichtete Fluidstrom 15 mit Brennstoff B verbrannt. Alternativ kann auch keine Zuführung von Brennstoff B und einer darauf folgenden Verbrennung in der Brennkammer 12 erfolgen (vorliegend gezeigt) . Die aus der Brennkammer 12 abgeführten Verbrennungsprodukte werden in dem Expander 13 entspannt und über die Abgasleitung 14 dem ersten Wärmetauscher 32 zugeleitet. Zum Wärmeaustausch kann hier je nach vorliegenden Temperaturniveaus von Fluidstrom 15 und Abgasstrom ein entsprechender Wärmeaustausch in dem Rekuperator 20 erfolgen. Mittels des ersten Wärmetauschers 32 wird wiederum die Wärme auf ein erstes Wärmespeichermedium 35 in dem ersten Wärme- Speicher 30 übertragen. Die Wärmenutzung steht erneut einem geeigneten Verbraucher, beispielsweise einem Fernwärmenetzwerk 50, zur Verfügung.

FIG 3 zeigt die in FIG 1 und 2 bereits beschriebene Ausfüh- rungsform des Gasturbinenkraftwerks 1, welches in einer weiteren nicht mit den ersten und zweiten Betriebsphasen identischen Betriebsphase betrieben wird. Hierbei nimmt die Energe- tisierungseinheit 5 wiederum elektrische Energie auf und treibt im motorischen Betrieb den Kompressor 11 an. Die ein- gesaugte Luft L wird komprimiert und als Fluidstrom 15 in der Fluidleitung 16 geführt. Mittels der Abzweigleitung 46, die vorzugsweise über ein nicht weiter mit Bezugszeichen versehenes Stellmittel (Ventil) mit der Fluidleitung 16 verbunden ist, wird der Fluidstrom 15 dem ersten Wärmtauscher 32 zur Wärmeübertragung zugeführt. Eine Zuführung des Fluidstroms 15 an die Brennkammer 12 ist hierbei nicht vorgesehen. Ebenfalls ist kein Wärmeaustausch über den Rekuperator 20 vorgesehen. Die mittels des ersten Wärmetauschers 32 auf das erste Wärmespeichermedium 35 übertragene Wärme kann wiederum in dem ers- ten Wärmespeicher 30 zeitlich zwischengespeichert werden, und einem geeigneten Nutzer, beispielsweise dem Fernwärmenetzwerk 50, zur Verfügung gestellt werden.

FIG 4 zeigt das in den Figuren 1 bis 3 bereits beschriebene Gasturbinenkraftwerk 1, welches in einer weiteren Betriebsphase betrieben wird, die nicht mit den vorab beschriebenen Betriebsphasen gemäß FIG 1 bis 3, identisch ist. Dementsprechend wird wiederum elektrische Energie E durch die Energe- tisierungseinheit 5 aufgenommen und zum drehmechanischen Antrieb des Kompressors 11 genutzt. Gleichzeitig kann sowohl dem Kompressor 11 und/oder der Fluidleitung 16 mittels der Zuführleitung 17 bzw. Wasserleitung 18 Wasser zugegeben wer- den. Die Luft L bzw. das Luft-Wasser-Gemisch wird mittels des Kompressors 11 komprimiert und als Fluidstrom 15 in der

Fluidleitung 16 der Brennkammer 12 zugeführt. Eine

Bypassleitung 45, welche fluidtechnisch mit der Fluidleitung 16 verschaltet ist, erlaubt die Umgehung des Rekuperators 20. Insofern erfolgt kein Wärmeübertrag von bzw. auf den Fluidstrom 15. Wesentlich für die dargestellte Betriebsphase des ausführungsgemäßen Verfahrens ist, dass der der Brennkammer 12 zugeleitete Fluidstrom 15 feucht ist, also einen Anteil an Wasserdampf aufweist. Dieser Anteil beträgt bevorzugt mehr als 10 Massenprozent und bevorzugt nicht mehr als 30 Massenprozent. In der Brennkammer 12 erfolgt keine weitere Verbrennung, so dass dieser Fluidstrom 15 dem Expander 13 unmittelbar zur Entspannung zugeleitet wird. Aufgrund der Entspannung und des hohen Wassergehalts in dem Fluidstrom kommt es zu ei- ner Abkühlung des Abgasstroms auf Temperaturen von deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur. Temperaturen von 0 bis 30 °C sind hierbei typisch. Ebenfalls können Temperaturen von weniger als 0 °C erreicht werden, dies sollte jedoch vermieden werden, da durch Auskristallisation des in dem Fluidstrom 15 befindlichen Wassers Feststoffe entstehen, die die Bauteile des Expanders 13 beschädigen können.

Der in der Abgasleitung 14 geführte Abgasstrom kann nur einen Teil seiner Wärme (negative thermische Energie, Kälte) über den Rekuperator 20 an einen weiteren Fluidstrom abgeben.

Ebenfalls kann eine Übertragung von Kälte mittels eines zweiten Wärmetauschers 33 erfolgen, über welchen die Kälte auf ein zweites Wärmespeichermedium 36 übertragen wird, das in einem zweiten Wärmespeicher 31 bevorratet wird. Der zweite Wärmespeicher 31 kann hierbei wiederum mit einer geeigneten Anlage zur Kältenutzung, etwa einer Fernkälteanlage 51, verschaltet sein. Ausführungsgemäß ist es auch möglich, dass der erste Wärmespeicher 30 sowie der zweite Wärmespeicher 31 identisch sind, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten auf ein unterschiedliches Temperaturniveau aufgeladen werden.

FIG 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Gasturbinenkraftwerks 1, mittels welchem eine Betriebsphase einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb dieses Gasturbinenkraftwerks ausgeführt wird. In Bezug auf die bauliche Ausführungsform unterscheidet sich das Gasturbinenkraftwerk 1 von der in FIG 1 gezeigten Ausfüh- rungsform lediglich dahingehend, dass der Rekuperator 20 nicht nur mit einem einzigen Wärmespeicher verschaltet ist, sondern mit zwei Wärmespeichern 30 und 31. Hierbei ist bevorzugt, der erste Wärmespeicher 30 zur Bevorratung von Wärme mittels des ersten Wärmespeichermediums 35 auf einem ersten Temperaturniveau Tl vorgesehen, und der zweite Wärmespeicher 31 zur Bevorratung von Wärme mittels des zweiten Wärmespeichermediums 36 auf einem zweiten Temperaturniveau T2. Beide Wärmespeicher 30, 31 werden jeweils individuell über einen Wärmetauscher 32, 33 mit der Abgasleitung 14 verschaltet. Ebenso ist es möglich, dass die Abgasleitung 14, wie vorliegend gezeigt, eine Aufzweigung aufweist. Je nach Betriebsphase kann somit Wärme bzw. Kälte einem der beiden Wärmespeicher 30, 31 zugeführt werden. Folglich können bei Betrieb des Gasturbinenkraftwerks zwei Wärmespeicher auf unterschiedlichen Temperaturniveaus Tl, T2 zur Nutzung bereitstehen.

FIG 6 zeigt eine flussdiagrammatische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines weiter oben beschriebenen Gasturbinenkraftwerks 1, wel- ches folgende Schritte umfasst, während einer ersten Betriebsphase Bl :

Betreiben der Energetisierungseinheit 5 zur generatorischen Stromerzeugung (erster Verfahrensschritt 101) ; - Zuleiten von Wasser mittels der Zuführleitung 17 an die Gasturbine 10 zur Erhöhung des Betriebsmassenstroms

(zweiter Verfahrensschritt 102); Verdichten von Fluid mittels des Kompressors 11 und Führen des verdichteten Fluidstroms 15 mittels der Fluidlei- tung 16 an die Brennkammer 12 (dritter Verfahrensschritt 103) ;

- Verbrennen des verdichteten Fluids zusammen mit einem

Brennstoff in der Brennkammer 12 (vierter Verfahrensschritt 104) ;

Zuleitung der Verbrennungsprodukte von der Brennkammer 12 an den Expander 13 (fünfter Verfahrensschritt 105) ;

- Entspannen der Verbrennungsprodukte in dem Expander (13) und Ableiten des Abgasstroms aus dem Expander (13) mittels der Abgasableitung 14 (sechster Verfahrensschritt 106) ;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf das Fluid des Fluidstroms 15 mittels des Rekuperators 20 (siebter Verfahrensschritt 107) ;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf ein erstes Wärmespeichermedium 35 mittels eines ersten Wärmetauschers 32 und Speichern des Wärmespeichermediums 35 in dem ersten Wärmespeicher 30 (achter Verfahrensschritt

108) ;

und während einer zweiten Betriebsphase, die nicht zu Zeiten der ersten Betriebsphase ausgeführt wird: - Betreiben der Energetisierungseinheit 5 zum motorischen Antrieb des Kompressors 11 (erster Verfahrensschritt 201) ;

Verdichten von Luft mittels des Kompressors 11 und führen des verdichteten Luftstroms 15 mittels der Fluidleitung 16 an die Brennkammer 12 (zweiter Verfahrensschritt 202);

Verbrennen der verdichteten Luft zusammen mit einem

Brennstoff in der Brennkammer 12 (dritter Verfahrensschritt 203) ;

Zuleitung der Verbrennungsprodukte von der Brennkammer 12 an den Expander 13 (vierter Verfahrensschritt 204);

Entspannen der Verbrennungsprodukte in dem Expander 13 und Ableiten des Abgasstroms mittels der Abgasableitung 14 (fünfter Verfahrensschritt 205) ; Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf den Fluid- strom 15 mittels des Rekuperators 20 (sechster Verfahrensschritt 206) ;

Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf ein erstes Wärmespeichermedium 35 mittels des ersten Wärmetauschers

32 und Speichern des Wärmemediums 35 in dem ersten Wärmespeicher 30 (siebter Verfahrensschritt 207) .

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprü- chen.