STAND DER TECHNIK Beim Betrieb von Kraftwerken in einem Elektrizitätsnetz kann bezüglich der jährlichen Nutzungsdauer zwischen drei Bereichen unterschieden werden. Grundlastanforderungen stellt das Elektrizitätsnetz in einem Bereich von beispielsweise mehr als 4000 Stunden pro Jahr. In liberalisierten Energiemärkten werden in diesen Zeiten nur geringe Preise für Strom gezahlt. Es werden dann bevorzugt Kraftwerke eingesetzt, weiche aufgrund eines hohen Wirkungsgrades geringe variable Stromgestehungskosten haben ; die hier meist sehr hohen hohen Investitionskosten amortisieren sich aufgrund der grossen Nutzungsdauer. Unter Mittellastbedarf, wird eine Netzanforderung definiert, die grösser als Grundlast ist, und im Bereich von 2000 bis 4000 Stunden pro Jahr besteht. Gemäss dem Gesetz von Angebot und Nachfrage steigt der Strompreis, so, dass die variablen Stromgestehungskosten, welche sich oft wesentlich aus den Brennstoffkosten ergeben, an Bedeutung verlieren, und demgegenüber aufgrund der geringeren Nutzungsdauer die Investitionskosten an Bedeutung gewinnen. Es werden bei Mittellast also auch Kraftwerke mit geringerem Wirkungsgrad betrieben. Bei Spitzenlastanforderungen, die weniger als 2000 Stunden pro Jahr anstehen, werden schliesslich für geringen Zeiten höchste Preise gezahlt, und es wird wirtschaftlich, Kraftwerke mit geringen Investitionskosten und hohen variablen Stromgestehungskosten zu betreiben.

Die variablen Kosten werden in erster Linie durch die Brennstoffpreise, aber auch durch den Brennstoffverbrauch (und damit den Wirkungsgrad) und die sonstigen Betriebsmittel bestimmt. Die festen Kosten werden in erster Linie durch die zur Errichtung der Anlagen erforderlichen Investitionen, aber auch durch den Personaleinsatz und dergleichen bestimmt.

In den liberalisierten Strommärkten ist die Fähigkeit, auf unterschiedliche Netzanforderungen reagieren zu können, ein wirtschaftliches Muss. Die Netzbetreiber fordern von den Kraftwerksbetreibern"primary response"-Eigenschaften der Kraftwerke. Der Ausdruck "primary response"bezieht sich auf eine Steigerung der Leistung über die angemeldete bzw. aktuell gefahren Ist-Leistung eines jeweiligen Energieerzeugers mit einem definierten Leistungsgradienten. Beispielsweise soll die Zunahme der Leistung von der Ist-Leistung zu einer geforderten ca. 10 % höheren Leistung innerhalb 10 Sekunden erfolgen. D. h., die Kraftwerke müssen im Falle des Absinkens der Netzfrequenz (beispielsweise 0.5 Hz) in der Lage sein, in einer gewissen Zeiteinheit (beispielsweise 10 sec.) eine Leistungssteigerung (beispielsweise 10 % der Ist-Leistung) zu erbringen. Diese Leistungssteigerung sollte dann im Sinne von"secondary response"über einen Bereich von beispielsweise 30 Minuten oder länger gehalten werden können. Mit"secondary response"wird das Halten der Zusatzleistung über einen gewissen Zeitraum beschrieben, d. h. beispielsweise der Betrieb mit einer Zusatzleistung von z. B. 10% während einem Zeitraum von z. B. 30 Minuten.

Aufgrund der Möglichkeiten, in Spitzenlastzeiten einen hohen"Cash-Flow"zu erzeugen, werden Reserven vorgehalten, sei es in Form von bei Grundlastanforderungen nicht bei Nominal-Volllast betriebenen Kraftwerken, oder Spitzenlastkraftwerken, die nur zu Spitzenlastzeiten laufen. Beides führt zu unvollständig genutztem Kapital, und auch zu Wirkungsgradverlusten, da Kraftwerke häufig bei Nominal-Volilast auch den besten Wirkungsgrad und damit die geringsten variablen Stromgestehungskosten haben, die dann aber bei Grundlastanforderungen nicht vollständig genutzt werden. Letztlich resultiert die Bereitstellung von Reserveleistung nach dem Stand der Technik in wirtschaftlich suboptimalen Betriebsweisen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, technische Mittel zur wirtschaftlichen Optimierung des Betriebs eines Kombikraftwerks gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden vermag, und eine wirtschaftliche und betriebstechnisch flexible Betriebsweise in Abhängigkeit vom erzielbaren Strompreis ermöglicht, und welche es insbesondere ermöglicht, mit einem einzigen Kraftwerk sowohl Grundlast als auch Spitzenlast wirtschaftlich sinnvoll abzudecken.

Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren gemäss dem Anspruch 1 gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht darin, ein Kombikraftwerk auf an sich bekannte Weise mit zusätzlichen Mitteln zur Leistungssteigerung über die Nominal-Volllast auszurüsten, wie beispielsweise : eine Zusatzfeuerung ; Mittel zur Einbringung von Zusatzmedium, insbesondere Dampf, in das Arbeitsmittel der Gasturbinenanlage ; Mittel zur Ansaugluftkühlung der Gasturbinenanlage ; Mittel zur Einbringung von Flüssigkeitstropfen in der Verdichter der Gasturbinenanlage ; Mittel zur Zwischenkühlung teilverdichteter Luft im Verdichter der Gasturbinenanlage, und durch den gezielten Einsatz dieser Zusatzmittel Betriebsweisen zu realisieren, um das Kraftwerk unter den verschiedensten Netzbedingungen d. h. unter den Bedingungen unterschiedlichster Stromvergütungen wirtschaftlich optimal zu betreiben. Bei geringen erzielbaren Strompreisen läuft das Kombikraftwerk unter bester Ausnutzung des hohen Wirkungsgrades und mit minimierten variablen Stromgestehungskosten bevorzugt bei Nominal-Vollast. Bei hohen erzielbaren Strompreisen wird die Leistung des Kombikraftwerks durch gezielten Einsatz geeigneter Mittel über die Nennleistung hinaus erhöht und dadurch die Einnahmen maximiert.

Der Begriff der Nennleistung, auch Nominal-Volllast, Nominal-Vollleistung, ist im Sinne der Grenzdauerleistung zu verstehen, also einer oberen Leistung, für welche eine Anlage für den Dauerbetrieb ausgelegt ist. Unter Teillast wird dabei eine Leistung unterhalb der Grenzdauerleistung und unter Überlast eine Leistung oberhalb der Grenzdauerleistung verstanden. Für die zeitlich begrenzte maximal fahrbare Leistung wird nachfolgend der Begriff Grenzleistung verwendet.

Die Nennleistung, Nominal-Volliast, Nominal-Vollleistung, Grundleistung des Kombikraftwerks, ist die Leistung, welche das Kombikraftwerk bei Vollast der Gasturbinenanlage im Nominalbetrieb, bei vollständiger Umsetzung der im Abhitzedampferzeuger dabei erzeugten Dampfmenge in der Dampfturbine, ohne sonstige leistungssteigernde Massnahmen abgibt. Die Nominal-Vollleistung des Kombikraftwerkes setzt sich aus der Nominal-Vollleistung der Gasturbinenanlage und der Dampfturbinenanlage zusammen. Im Allgemeinen wird bei Nominal-Volllast oder in der Nähe der Nominal-Volllast auch der beste Wirkungsgrad erzielt.

Unter dem Nominalbetrieb der Gasturbinenanlage wird der anlagenspezifisch definierte Normalbetrieb verstanden, beispielsweise Betrieb mit voll geöffneter Vorleitreihe, maximaler Feuerungstemperatur, und gegebenenfalls einem vorgegebenen Einspritzverhältnis von Wasser oder Dampf zur Stickoxidreduktion.

Mittel zur Leistungserhöhung über die Grundleistung des Kombikraftwerks hinaus sind an sich bekannt, und oben nicht abschliessend aufgezählt.

In diesem Zusammenhang ist auch auf die gegenseitige positive Beeinflussung der insbesondere im Fall von Spitzenlastanforderungen gleichzeitig eingesetzten Mittel, der Zusatzfeuerung und der Mittel zur Leistungserhöhung der Gasturbinenanlage, hinzuweisen.

Die Mittel zur Leistungserhöhung der Gasturbinenanlage erhöhen auch den Massenstrom der Abgase der Turbine und damit auch die Effizienz der Wärmeübertragung im folglich stärker durchströmten Abhitzekessel. Mit der Zusatzfeuerung erhöht man in der Regel bei gleichbleibenden Druck-und Temperaturverhältnissen die Massenströme im Wasser-/Dampf- Kreislauf. Bei gleichzeitigem Einsatz aller dieser Mittel führt die verbesserte Wärmeübertragungseffizienz im Abhitzekessel infolgedessen auch zu einer zusätzlichen Erhöhung der Effizienz der Zusatzfeuerung.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Mittel zur Leistungssteigerung des Kombikraftwerkes nacheinander in Betrieb genommen, und zwar dergestalt, dass ein Mittel immer erst dann in Betrieb genommen wird, wenn die bereits im Betrieb befindlichen Mittel Ihre Leistungssteigerungspotenziale ausgeschöpft haben. Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in mittleren Lastzuständen mehrere Mittel zur Leistungssteigerung des Kombikraftwerks in Betrieb, ohne ihre Leistungspotenziale voll auszuschöpfen. Letzteres ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn, wie oben beschrieben, synergistische Effekte mehrerer Mittel zur Leistungserhöhung des Kombikraftwerks zum Tragen kommen. Dies ist beispielsweise auch dann der Fall, wenn, zur Leistungserhöhung der Gasturbinenanlage Dampf in deren Arbeitsmedium eingebracht wird ; mit Vorteil wird dann auch eine Zusatzfeuerung betrieben, welche die Dampfproduktion im Abhitzedampferzeuger steigert, so, dass der Dampfverlust für die Dampfturbinenanlage kompensiert werden kann.

Besonders von Vorteil ist es dabei, wenn eine Zusatzfeuerung im Abhitzedampferzeuger angeordnet ist, die auf den Verdampfer und/oder Überhitzer wirkt, in dem der Dampf zur Einbringung in die Gasturbinenanlage bereitgestellt wird. Dampf kann auch vorteilhaft über das Kühlsystem der Gasturbinenanlage zugeführt werden ; er hat dort den weiteren Vorteil, Luft zu verdrängen, die dann unmittelbar als Prozessfluid zur Verfügung steht.

Insgesamt erweist es sich auch als vorteilhaft, die Mittel zur Leistungssteigerung des Kombikraftwerks bei steigenden Leistungsanforderungen des Elektrizitätsnetzes in der Reihenfolge steigenden Einflusses auf die Stromgestehungskosten in Betrieb zu nehmen.

Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird in Zeiten mittlerer Last die Zusatzfeuerung oder die Dampfeinspritzung betrieben und dadurch eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 20% im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 10% im Fall der Dampfeinspritzung, insbesondere bevorzugt bis 10% im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 5 % im Fall der Dampfeinspritzung bezogen auf die Nennleistung bewirkt. Es ist aber auch möglich in Zeiten mittlerer Last die Zusatzfeuerung und die Dampfeinspritzung, beide bei mittlerer Leistung, zu betreiben, und dadurch eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 15 %, insbesondere bevorzugt bis 7,5 % bezogen auf die Nennleistung zu bewirken. Besonders bevorzugt ist es aber, bei mittlerer Last nur die Zusatzfeuerung oder nur die Dampfeinspritzung zu betreiben.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Zeiten mittlerer Last die Zusatzfeuerung oder die Ansaugluftkühlung betrieben und dadurch eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 20 % im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 5 % im Fall der Ansaugluftkühlung, insbesondere bevorzugt bis 10 % im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 2,5 % im Fall der Ansaugluftkühlung bezogen auf die Nennleistung bewirkt. Es ist aber auch möglich in Zeiten mittlerer Last die Zusatzfeuerung und die Ansaugluftkühlung, beide bei mittlerer Leistung, zu betreiben, und dadurch eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 12,5 %, insbesondere bevorzugt bis 6 % bezogen auf die Nennleistung zu bewirken. Besonders bevorzugt ist es aber, bei mittlerer Last nur die Zusatzfeuerung zu betreiben.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Spitzenlastzeiten die Zusatzfeuerung und die Dampfeinspritzung betrieben, wobei eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 30 %, insbesondere bevorzugt bis 15 % bezogen auf die Nennleistung bewirkt wird.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Spitzenlastzeiten die Zusatzfeuerung und die Ansaugluftkühlung betrieben, wobei eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 25 %, insbesondere bevorzugt bis 12,5 % bezogen auf die Nennleistung bewirkt wird.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeuerung in Strömungsrichtung des Abgases der Gasturbinenanlage vor dem Abhitzekessel und/oder innerhalb des Abhitzekessels, insbesondere bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Mitteldruckverdampfer angeordnet ist. Die Ansaugluftkühlung erfolgt mittels einer in der Ansaugluftleitung angeordneten Kühlvorrichtung. Die Zwischenkühlung im Verdichter erfolgt über eine an geeigneter Stelle im Strömungsweg der teilverdichteten Luft angeordnete Kühlvorrichtung.

Die Kühlung der Ansaugluft oder der teilverdichteten Luft kann dabei mittels eines Kühlmediums über einen Wärmeübertrager, direkt oder indirekt, d. h. über einen Sekundärkühlkreislauf, erfolgen. Andererseits ist die Kühlung mittels Einspritzung eines kühlenden/verdampfenden Mediums in die Ansaugluft oder die teilverdichtete Luft möglich.

Bei der Einspritzung kann die eingespritzte Flüssigkeitsmenge so bemessen werden, dass Flüssigkeitstropfen in stromab gelegene Verdichterstufen eindringen und dort für eine Innenkühlung sorgen. Die Dampfeinspritzung erfolgt bevorzugt mit im Abhitzekessel erzeugtem Dampf, wobei die Dampfeinspritzung insbesondere in die Gasturbine und/oder in das Heissgas und/oder in die Brennkammer und/oder in die Verbrennungsluft und/oder über das Kühlsystem erfolgt. Zur Dampfeinspritzung kann auch in einem Teil der Dampfturbinenanlage bereits teilweise abgearbeiteter Dampf verwendet werden.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss betreibbaren Kombikraftwerks ; Fig. 2. eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäss betreibbaren Kombikraftwerks ; Fig. 3. eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäss betreibbaren Kombikraftwerks ; WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren eine schematische Darstellung eines Kombikraftwerkes, wobei Gasturbine 1 und Dampfturbine 13 auf einem gemeinsamen Wellenstrang angeordnet sind und einen gemeinsamen Generator 5 antreiben. Der Wasser-/Dampf-Kreislauf mit Abhitzekessel 7 und Dampfturbinenanlage 13 ist beispielhaft als Dreidruckprozess mit Zwischenüberhitzung 17 ausgeführt.

Unter einem Kombikraftwerk wird im weiteren die Kopplung eines Gas-und eines Dampfprozesses in Form einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage verstanden. Die Wärme der Abgase der Gasturbine der Gasturbinenanlage dient dabei zur Dampferzeugung in einem Abhitzekessel. Der erzeugte Dampf wird zum Antrieb der Dampfturbinenanlage genutzt.

Das Kombikraftwerk weist gemäss der Figur 1 eine Gasturbinenanlage 1 auf, deren Abgas 6 einem Abhitzekessel 7 zugeführt wird. Die Gasturbinenanlage 1 besteht aus einem Verdichter 2, einer Brennkammer 3 und einer Turbine 4. Die Turbine 4, der Verdichter 2 und der Generator 5 sind auf einer gemeinsamen Welle 8 angeordnet. Die Turbine 4 treibt über diese gemeinsame Welle 8 sowohl den Verdichter 2 als auch den Generator 5 an. Die über dem Verdichter 2 zugeführte Luft 9 gelangt nach der Verdichtung im Verdichter 2 als Verbrennungsluft 10 in die Brennkammer 3. In der Brennkammer 3 wird über die Brennstoffleitung 11 zugeführter Brennstoff verbrannt. Das in der Brennkammer 3 erzeugte Heissgas 12 gelangt zur Turbine 4 und wird dort arbeitleistend entspannt.

Eine Gasturbinenanlage kann auch mehrere Brennkammern und mehrere Turbinen aufweisen. So sind beispielsweise bei Gasturbinenanlagen mit sequentieller Verbrennung, wie sie beispielsweise aus der EP 620 362 bekannt sind, einer Hochdruckbrennkammer mit Hochdruckturbine eine Niederdruckbrennkammer mit Niederdruckturbine nachgeschaltet.

Auch kann eine Gasturbinenanlage mehrere in Serie geschaltete Verdichter oder Teilverdichter aufweisen.

Der im Abhitzekessel 7 in mehreren Druckstufen erzeugte Dampf wird über die jeweiligen Frischdampfleitungen 30,37,42 einer Dampfturbinenanlage 13 zugeführt. Der Hochdruckdampf wird nach dessen Abarbeitung in der Hochdruckdampfturbine 14 der Dampfturbinenanlage 13 über die kalte Zwischenüberhitzerdampfleitung 16 dem Zwischenüberhitzer 17 des Abhitzekessels 7 zugeführt, dort überhitzt und über die heisse Zwischenüberhitzerdampfleitung 18 gemeinsam mit dem Mitteldruckdampf der Mitteldruck- /Niederdruckdampfturbine 15 der Dampfturbinenanlage 13 zugeführt.

Im vorliegenden Fall treibt die Dampfturbinenanlage 13 über eine Kupplung 19 ebenfalls den Generator 5 an. Es können auch mehr als ein Gasturbosatz mit zugehörigem Abhitzekessel auf eine Dampfturbinenanlage geschaltet sein.

Der in der Dampfturbinenanlage 13 abgearbeitete Dampf strömt in einen Kondensator 20.

Nach der Kondensation des Abdampfes im Kondensator 20 wird das Kondensat von der Kondensatpumpe 21 zum Speisewasserbehälter/Entgaser 22 gefördert, dort entgast und gespeichert.

Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Hochdruckspeisewasserpumpe 23 Speisewasser zu einem Hochdruckeconomizer I 24 gefördert, strömt danach zum Hochdruckeconomizer 1125, zum Hochdruckeconomizer 11126 und von diesem zur Hochdruckdampftrommel 27. Die Hochdruckdampftrommel 27 steht mit dem Hochdruckverdampfer 28 in Verbindung. Weiter folgt der Hochdruckdampftrommei 27 ein Hochdrucküberhitzer 29, an welchem die Hochdruckfrischdampfleitung 30 anschliesst, die zur Hochdruckdampfturbine 14 der Dampfturbinenanlage 13 führt.

Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Mitteldruckspeisewasserpumpe 31 Speisewasser zu einem Mitteldruckeconomizer I 32 gefördert, strömt danach zum Mitteldruckeconomizer II 33 und von diesem zur Mitteldruckdampftrommel 34. Die Mitteldruckdampftrommel 34 steht mit dem Mitteldruckverdampfer 35 in Verbindung. Weiter folgt der Mitteldruckdampftrommel 34 ein Mitteldrucküberhitzer 36, an welchem die Mitteldruckfrischdampfleitung 37 anschliesst, die zur Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 15 der Dampfturbinenanlage 13 führt.

Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Niederdruckspeisewasserpumpe 38 Speisewasser zu einem Niederdruckeconomizer 39 gefördert und strömt von diesem zur Niederdruckdampftrommel 40. Die Niederdruckdampftrommel 40 steht mit dem Niederdruckverdampfer 41 in Verbindung. An der Niederdruckdampftrommel 40 schliesst die Niederdruckfrischdampfleitung 42 an, die ebenfalls zur Dampfturbinenanlage 13 führt. Der Niederdruckdampf dient ebenfalls zur Entgasung des Kondensates im Speisewasserbehälter/Entgaser 22.

Der Hochdruckeconomizer I 24, der Hochdruckeconomizer 1125, der Hochdruckeconomizer lll 26, die Hochdruckdampftrommel 27, der Hochdruckverdampfer 28 und der Hochdrucküberhitzer 29 bilden zusammen ein bei einer ersten Druckstufe arbeitendes Hochdruckdampfsystem.

Der Mitteldruckeconomizer I 32, der Mitteldruckeconomizer II 33, die Mitteldruckdampftrommel 34, der Mitteldruckverdampfer 35 und der Mitteidrucküberhitzer 36 bilden zusammen ein bei einer zweiten Druckstufe arbeitendes Mitteldruckdampfsystem.

Der Niederdruckeconomizer 39, die Niederdruckdampftrommel 40 und der Niederdruckverdampfer 41 bilden zusammen ein bei einer dritten Druckstufe arbeitendes Niederdruckdampfsystem.

Im vorliegenden Fall wurde ein Abhitzekessel bestehend aus Trommel-Umlaufverdampfern beschrieben. Das durch die Economizer der jeweiligen Druckstufe vorgewärmte Speisewasser wird in die Dampftrommeln gefördert. Das Trommelwasser wird im System Dampftrommel-Verdampfer umgewälzt und dabei anteilig verdampft. In der Dampftrommel erfolgt die Separation von Wasser und Dampf. Das Wasser wird erneut dem Verdampfer zugeführt, während der Sattdampf direkt oder über einen bevorzugt vorhandenen Überhitzer zur Dampfturbinenanlage gelangt.

Nach dem Durchströmen des Abhitzekessels 7 gelangt das abgekühlte Abgas 43 schliesslich ins Freie.

Im vorliegenden Fall befindet sich unmittelbar in der Abgasleitung 6 zwischen Turbine 4 und Abhitzekessel 7 eine Zusatzfeuerung 44 mit einer Brennstoffleitung 45. Mittels dieser Zusatzfeuerung 44 kann das Abgas 6 der Gasturbinenanlage 1 erforderlichenfalls nachbeheizt werden, wobei für die Verbrennung der im Abgas 6 vorhandene Restsauerstoff genutzt wird. Da die Zusatzfeuerung 44 nur in Betrieb ist, wenn die Gasturbinenanlage 1 in Betrieb ist, kommt diese zunächst ohne Frischlüfter aus. Selbstverständlich kann die Zusatzfeuerung 44 aber auch mit einem eigenen Frischlüfter ausgerüstet sein, falls dies aus konstruktiven, wirtschaftlichen oder betrieblichen Gründen vorteilhaft ist. Weiterhin ist innerhalb des Abhitzekessels 7 eine weitere Zusatzfeuerung 44a angeordnet. Auch können mehrere Zusatzfeuerungen vor den jeweiligen Druckstufen angeordnet sein. Stromauf des Verdichters der Gasturbinenanlage 1 ist ein Mittel 55 zur Kühlung der Ansaugluft 9 angeordnet, vorliegend ein Wärmetauscher. Die Zusatzfeuerungen 44,44a und die Kühlvorrichtung 55 sind, wie nachfolgend dargestellt, Mittel zur Leistungssteigerung des Kombikraftwerks über die Nennleistung oder Nominal-Volleistung hinaus. Dabei ist die Kühlungsvorrichtung 55 ein Mittel zur Leistungserhöhung der Gasturbinenanlage 1, während die Zusatzfeuerung in erster Linie die Leistungspotenziale der Dampfturbinenanlage 13 beeinflusst.

Moderne Kombikraftwerke weisen höchste Wirkungsgrade bei andererseits hohen Anfangsinvestitionen auf. Im Bereich der konventionellen Kraftwerke garantieren sie eine äusserst wirtschaftliche Stromerzeugung. Die Kombikraftwerke werden daher in wirtschaftlicher Hinsicht wenn immer möglich bei Nominal-Volilast betrieben. Auch sind die Komponenten so ausgelegt, dass bei Nominal-Volllast beste Wirkungsgrade erreicht werden.

Andererseits kann mit der Bereithaltung und Bereitstellung schnell verfügbarer Leistung vergleichsweise viel Geld verdient werden. Ein nach dem Stand der Technik üblicher Betrieb, bei dem eine Kombianlage im Normalbetrieb um 90%-95% der Nominalleistung betrieben wird, ermöglicht zwar die Bereithaltung von Reserven ; andererseits werden im Normalbetrieb Wirkungsgrad und Leistungspotenziale nicht vollständig genutzt, was die Amortisation der hohen Anlageninvestitionen verzögert. Andererseits erhöht der Einsatz leistungssteigernder Massnahmen wie beispielsweise Ansaugluftkühlung oder Zwischenkühlung, Dampfeinspritzung, oder Zusatzfeuerung ebenfalls die Stromgestehungskosten. Für die Ansaugluftkühlung muss gegebenenfalls eine Kühlungsleistung beispielsweise über eine energieverbrauchende Kältemaschine bereitgestellt werden. Bei der Dampfeinspritzung werden grosse Mengen aufwändig hochrein aufbereiteten Wassers verbraucht. In einer Zusatzfeuerung umgesetzter Brennstoff wird mit einem Wirkungsgrad verstromt, der unterhalb des Kombi-Wirkungsgrades liegt.

Bei einer Leistungssteigerung mittels Zusatzfeuerung 44 wird mittels der über die Zusatzfeuerung 44 eingebrachte Wärme das Abgas 6 der Gasturbinenanlage 1 zusätzlich erwärmt. Diese Temperaturerhöhung des Abgases 6 kann nun entweder dazu genutzt werden, die Zustände oder den Massenstrom des im Abhitzekessel 7 erzeugten Frischdampfes zu erhöhen. Über beide Wege lässt sich die Leistung der Dampfturbinenanlage 13 und damit des Kombikraftwerkes erhöhen. Da bei einem Kombikraftwerk der Kombiwirkungsgrad grösser als der Wirkungsgrad des Dampfprozesses ist, führt eine Leistungssteigerung mittels Zusatzfeuerung, abgesehen von einigen Ausnahmen, üblicherweise zu einer Verringerung des Kombiwirkungsgrades. Ferner sind der Leistungserhöhung mittels Zusatzfeuerung 44 durch die Auslegung insbesondere des Wasser-/Dampf-Kreislaufes aber beispielsweise auch der elektrischen Anlagen beginnend beim Generator technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Die Leistungserhöhung mittels Zusatzfeuerung 44 beschränkt sich daher auf Werte bis etwa 20 % vorzugsweise auf Werte bis 10 % bezogen auf Nennleistung.

Bei einer Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung 55 wird durch die Abkühlung der Ansaugluft 9 und die damit verbundene Erhöhung der Dichte der Ansaugluft 9 deren Massenstrom erhöht. Über die Erhöhung des Massenstromes des Arbeitsmittels erhöht sich die Leistung der Gasturbinenanlage 1. Die Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung 55 ist durch die Auslegung der Gasturbinenanlage 1 begrenzt. In Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen führt eine Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung, abgesehen von einigen Ausnahmen, üblicherweise zu keiner signifikanten Veränderung des Kombiwirkungsgrades. Ferner sind der Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung nicht nur durch die Auslegung der Gasturbinenanlage sondern beispielsweise auch der elektrischen Anlagen beginnend beim Generator technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Die Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung beschränkt sich daher auf Werte bis etwa 5 %, vorzugsweise auf Werte bis 2,5 %, bezogen auf Nennleistung.

Bei Realisierung entsprechender Massnahmen insbesondere die Auslegung betreffend, können die Massnahmen der Zusatzfeuerung und der Ansaugluftkühlung dazu genutzt werden, um im Bedarfsfalle Leistungssteigerungen des Kombikraftwerkes bis etwa 25 %, vorzugsweise bis 12,5 %, bezogen auf Nennleistung zu erreichen.

Eine Leistungssteigerung über die Nennleistung hinaus ist beispielsweise durch Überlastung, durch Ausnutzung vorhandener Reserven oder beispielsweise durch eine vergrösserte Auslegung der einzelnen Komponenten bzw. Systeme möglich. Die Möglichkeiten können in Abhängigkeit der jeweiligen Komponente bzw. Systems sehr unterschiedlich sein.

Zunächst muss die Gasturbinenanlage hinsichtlich ihrer Auslegung in einem möglichst weiten Bereich der Umgebungsbedingungen eine leistungssteigernde Ansaugluftkühlung ermöglichen.

Dampfturbinen erreichen häufig bei Nennleistung ihre Schluckfähigkeit nicht. Die Dampfturbinen können also auf Kosten eines sinkenden Wirkungsgrades zum Teil deutlich über dem Nenndampfmassenstrom liegende Dampfmassenströme verarbeiten und damit Mehrleistung abgeben. Man kann die Hochdruck-und Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 14,15, wie mit der vergrössert gezeichneten Auslegung 52,53, jedoch auch auf grössere Dampfmassenströme auslegen. Analoge Verhältnisse gelten auch bei vielen anderen Komponenten. So würde beispielsweise beim Kondensator ein erhöhter Abdampfmassenstrom lediglich zu Lasten des Vakuums gehen. Weitere Komponenten werden unabhängig von konkreten Kraftwerken in bestimmten Leistungsgrössen hergestellt.

Dies gilt beispielsweise für den Generator. Entweder der Generator verfügt ohnehin über Reserven oder man verbessert zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit seine Kühlung oder man installiert eine leistungsstärkere Ausführung.

Auch der Wasser-/Dampf-Kreislauf muss den erhöhten Massenströmen bei Betrieb der Zusatzfeuerung Rechnung tragen. Ist dies beispielsweise bei den Rohrleitungen möglicherweise allein durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich, so muss beispielsweise die Auslegung der Pumpen den gegebenenfalls erhöhten Massenströmen Rechnung tragen.

Die erhöhten Betriebskosten bei Betrieb der Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung resultieren aus dem erhöhten Brennstoffeinsatz und im Falle der Ansaugluftkühlung aus dem Betrieb von Kühlanlagen und/oder dem Bedarf an Kühlmedium.

Die Kraftwerksanlage wird nun wie folgt betrieben : 1. In lastschwachen Zeiten mit geringen Stromvergütungen wird das Kombikraftwerk in im Nominalbetrieb mit maximalem Wirkungsgrad, d. h. mit niedrigsten variablen Kosten gefahren.

2. In Zeiten mittlerer Last mit erhöhten Stromvergütungen wird das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und/oderAnsaugluftkühlung, d. h. in einem Leistungsbereich oberhalb der Nennleistung und damit erhöhten variablen Kosten betrieben.

3. In Spitzenlastzeiten sowie zum Zwecke von"primary"und"secondary response"mit höchsten Stromvergütungen wird das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung und damit bei hohen variablen Kosten betrieben.

In Figur 2 ist ein Kombikraftwerk dargestellt, das mit dem in Figur 1 dargestellten wesentlich identisch ist. Lediglich die Mittel zur Kühlung der Ansaugluft sind hier als Einspritzkühler 56 ausgeführt. Dabei kann der Einspritzkühler 56 auch so betrieben werden, dass Flüssigkeitstropfen in den Verdichter 2 eindringen, und dort im Verlaufe der Verdichtung verdampfen und so zu einer intensiven Innenkühlung des Verdichters 2 und zu einer weiteren Leistungssteigerung der Gasturbinenanlage 1 führen. Eine solche Einspritzung von Flüssigkeitstropfen kann auch innerhalb des Verdichters vorgesehen sein.

Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäss betreibbaren Kombikraftwerks ist in Figur 3 dargestellt. Der Verdichter der Gasturbinenanlage 1 ist in zwei Teilverdichter 2a, 2b unterteilt, zwischen denen ein Zwischenkühler 57 angeordnet ist. Die Zwischenkühlung im Verdichter ist eine an sich bekannte Massnahme zur Erhöhung der Gasturbinenleistung. Der Zwischenkühler 57 ist hier als Oberflächenwärmetauscher dargestellt ; es kann sich ohne weiteres auch um einen Verdunstungs-oder Einspritzkühler handeln. Die Gasturbinenanlage verfügt weiterhin über Stellen 47,48,49,50, zur Einspritzung von Dampf in die Turbine 4, stromauf der Turbine, in die Brennkammer 3, und stromauf der Brennkammer. Der hierzu verwendete Dampf 46 wird an geeigneter Stelle aus dem Abhitzedampferzeuger 7 abgezweigt. Vorliegend wird hierzu Mitteldruck-Sattdampf aus der Mitteldrucktrommel 34 entnommen. Neben der im Strömungsweg zwischen Gasturbine 4 und Abhitzedampferzeuger 7 angeordneten Zusatzfeuerung 44 sind noch zwei Zusatzfeuerungen 44a und 44b innerhalb des Abhitzedampferzeugers angeordnet. Zusatzfeuerung 44a wirkt unmittelbar auf den Hochdruckverdampfer 28, und beeinflusst so die Rate der Hochdruckdampferzeugung.

Zusatzfeuerung 44b wirkt unmittelbar auf den Mitteldruckverdampfer 35. Zusatzfeuerung 44b wird daher bevorzugt in Zusammenhang mit der Dampfeinspritzung betreiben, um die dafür erforderliche Dampfmenge bereitzustellen, ohne eine Minderbeaufschlagung der Dampfturbine hervorzurufen. Wird also das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung, aber ohne gleichzeitige Dampfeinspritzung betrieben, so wird am wirksamsten die unmittelbar in Strömungsrichtung vor dem Hochdruckverdampfer 28 angeordnete Zusatzfeuerung 44a sowie die Zusatzfeuerung 44 betrieben, da sich dann die Zusatzfeuerung auf alle Druckstufen auswirken kann, und über die erhöhte Dampfproduktion die Leistungspotenziale der Dampfturbinenanlage 13 beeinflusst. Die Dampfeinspritzung kann zunächst unabhängig betrieben werden. Es ist jedoch vorteilhaft bei Betrieb der Dampfeinspritzung den der Dampfturbinenanlage verlorengehenden Dampfmassenstrom mittels einer Zusatzfeuerung zu ersetzen. Wird die Dampfeinspritzung betrieben, so wird bevorzugt die Zusatzfeuerung 44b ebenfalls, unabhängig von den Zusatzfeuerungen 44 und 44a, betrieben. Der Leistungssteigerung mittels Dampfeinspritzung sind durch die Auslegung insbesondere des Wasser-/Dampf-Kreislaufes aber beispielsweise auch der elektrischen Anlagen beginnend beim Generator technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Die Leistungssteigerung mittels Dampfeinspritzung in die gasturbinenanlage beschränkt sich daher auf Werte bis etwa 10 %, vorzugsweise auf Werte bis 5 %, bezogen auf Nennleistung.

Bei Realisierung entsprechender Massnahmen insbesondere die Auslegung betreffend, können die Zusatzfeuerung und die Dampfeinspritzung dazu genutzt werden, um im Bedarfsfalle Leistungssteigerungen des Kombikraftwerkes bis etwa 30 % vorzugsweise bis 15 % bezogen auf Nominalleistung zu erreichen.

Die erhöhten Betriebskosten bei Betrieb der Zusatzfeuerung und Dampfeinspritzung resultieren aus dem erhöhten Brennstoffeinsatz und im Falle der Dampfeinspritzung aus dem erhöhten Zusatzwasserbedarf.

Die leistungserhöhenden Mittel werden wie oben beschrieben bedarfsweise in Betrieb genommen, abhängig vom jeweils erzielbaren Strompreis, und bevorzugt abhängig von ihrem Einfluss auf die variablen Kosten der Stromerzeugung.

Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Mittel zur Leistungserhöhung des Kombikraftwerks können selbstverständlich prinzipiell beliebig untereinander kombiniert werden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gasturbinenanlage 2 Verdichter 2a, 2b Teilverdichter 3 Brennkammer 4 Turbine 5 Generator 6 Abgas der Gasturbinenanlage 7 Abhitzedampferzeuger 8 Welle 9 Ansaugluft 10 verdichtete Verbrennungsluft 11 Brennstoffleitung 12 gespanntes Heissgas 13 Dampfturbinenanlage 14 Hochdruckdampfturbine 15 Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 16 Kalte Zwischenüberhitzerdampfleitung 17 Zwischenüberhitzer 18 Heisse Zwischenüberhitzerdampfleitung 19 Kupplung 20 Kondensator 21 Kondensatpumpe 22 Speisewasserbehälter/Entgaser 23 Hochdruckspeisewasserpumpe 24 Hochdruckeconomizer I 25 Hochdruckeconomizer II 26 Hochdruckeconomizer 111 27 Hochdruckdampftrommel 28 Hochdruckverdampfer 29 Hochdrucküberhitzer 30 Hochdruckfrischdampfleitung 31 Mitteldruckspeisewasserpumpe 32 Mitteldruckeconomizer I 33 Mitteldruckeconomizer II 34 Mitteldruckdampftrommel 35 Mitteldruckverdampfer 36 Mitteldrucküberhitzer 37 Mitteldruckfrischdampfleitung 38 Niederdruckspeisewasserpumpe 39 Niederdruckeconomizer 40 Niederdruckdampftrommel 41 Niederdruckverdampfer 42 Niederdruckfrischdampfleitung 43 abgekühltes Abgas 44,44a, 44b Zusatzfeuerung 45 Brennstoffleitung 46 Dampf für Dampfeinspritzung in Gasturbinenanlage 47 Dampfeinspritzung in Turbine 48 Dampfeinspritzung stromauf der Turbine 49 Dampfeinspritzung in Brennkammer 50 Dampfeinspritzung stromauf der Brennkammer 52 vergrösserte Auslegung der Hochdruckdampfturbine 53 vergrösserte Auslegung der Mittel-/Niederdruckdampfturbine 55 Ansaugluft-Oberflächenkühler 56 Ansaugluft-Einspritzkühler 57 Zwischenkühler