Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
POWER STATION UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/040581
Kind Code:
A1
Abstract:
A CAES unit comprises an atmospheric burner (11), arranged downstream of the expansion machine (2). The flue gas thus generated flows through a heat exchanger (9). The storage medium, flowing from the reservoir (1) into the heat exchanger is heated by heat exchange. In said unit, the storage medium is directly used for the combustion of a fuel without the need to expose the expansion machine to corrosive flue gases.

Inventors:
ALTHAUS ROLF (CH)
Application Number:
PCT/EP2004/052574
Publication Date:
May 06, 2005
Filing Date:
October 19, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ALSTOM TECHNOLOGY LTD (CH)
ALTHAUS ROLF (CH)
International Classes:
F02C6/16; F02C7/08; F02C9/26; F02C9/28; (IPC1-7): F02C6/16; F02C7/08
Foreign References:
DE10235108A12003-03-06
US20030033812A12003-02-20
US6276123B12001-08-21
DE10258594A12003-07-24
DE888335C1953-08-31
US6230479B12001-05-15
US20030177767A12003-09-25
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09 30 September 1996 (1996-09-30)
Attorney, Agent or Firm:
ALSTOM TECHNOLOGY LTD (Brown Boveri Str. 7/699/5, Baden, CH)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Kraftwerksanlage, umfassend einen Druckspeicher (1) für ein gasförmiges Speicherfluid, insbesondere einen Druckluftspeicher, eine Expansions Kraftmaschine (2 ; 162), insbesondere eine Expansionsturbine, mit einem KraftmaschinenEintritt auf einer Hochdruckseite und einem KraftmaschinenAustritt auf einer Niederdruckseite, einen Wärmeübertragungsapparat (9), welcher einen wärmeabgebenden primärseitigen und einen wärmeaufnehmenden sekundärseitigen Strömungsweg umfasst, sowie eine atmosphärische Brennkammer (11), gekennzeichnet durch die folgende Anordnung der genannten Komponenten : ein stromaufwärtiges Ende des sekundärseitigen Strömungswegs des Wärmeübertragungsapparates ist mit dem Druckspeicher verbunden ; ein stromabwärtiges Ende des sekundärseitigen Strömungswegs des Wärmeübertragungsapparates ist mit dem KraftmaschinenEintritt verbunden ; der KraftmaschinenAustritt ist mit einem stromaufwärtigen Ende der atmosphärischen Brennkammer verbunden ; ein stromabwärtiges Ende der atmosphärischen Brennkammer ist mit einem stromaufwärtigen Ende des primärseitigen Strömungsweges des Wärmeübertragungsapparates verbunden.
2. Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 1, welche genau eine Expansions Kraftmaschine umfasst.
3. Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundärseitige Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates in im Wesentlichen unmittelbarer Fluidverbindung mit der Hochdruckseite der ExpansionsKraftmaschine steht.
4. Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ExpansionsKraftmaschine eine Luftturbine (2) ist.
5. Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckseite der ExpansionsKraftmaschine (2 ; 162) in im Wesentlichen unmittelbarer Fluidverbindung mit der atmosphärischen Brennkammer steht.
6. Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im primärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates (9) ein Katalysator (10) zur Abgasreinigung angeordnet ist.
7. Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator innerhalb des Wärmeübertragungsapparates, stromab eines ersten Teils des primärseitigen Strömungswegs und stromauf eines zweiten Teils des primärseitigen Strömungswegs, angeordnet ist.
8. Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend : Mittel zur Bestimmung der Nutzleistung (PAct) der Expansions Kraftmaschine, ein SpeicherfluidmassenstromStellorgan (14) ; einen Leistungsregler ; dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsregler mit der Nutzleistung der ExpansionsKraftmaschine als Regelgrösse und mit der Stellung des SpeicherfluidmassenstromStellorgans als Stellgrösse beschaltet ist.
9. Kraftwerksanlage gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend : ein BrennstoffmassenstromStellorgan (13) zur Steuerung des Brennstoffmassenstroms zur atmosphärischen Brennkammer (11) ; Mittel zur Bestimmung der Temperatur am Turbineneintritt ; einen Temperaturregler ; dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregier mit der Temperatur am Turbineneintritt als Regelgrösse und mit der Stellung des BrennstoffmassenstromStellorgans als Stellgrösse beschaltet ist.
10. Kraftwerksanlage gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend : ein BrennstoffmassenstromStellorgan (13) zur Steuerung des Brennstoffmassenstroms zur atmosphärischen Brennkammer (11) ; Mittel zur Bestimmung der Abgastemperatur am stromabwärtigen Ende des primärseitigen Strömungswegs der Wärmeübertragungsvorrichtung ; einen Temperaturregler ; dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregler mit der Abgastemperatur als Regelgrösse und mit der Stellung des BrennstoffmassenstromStellorgans als Stellgrösse beschaltet ist.
11. Kraftwerksanlage gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend : ein BrennstoffmassenstromStellorgan (13) zur Steuerung des Brennstoffmassenstroms zur atmosphärischen Brennkammer (11) ; Mittel (15) zur Bestimmung der Rauchgastemperatur am Katalysatoreintritt und/oder der Katalysatortemperatur ; einen Temperaturregler ; dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregler mit der Rauchgastemperatur und/oder der Katalysatortemperatur als Regelgrösse und mit der Stellung des BrennstoffmassenstromStellorgans als Stellgrösse beschaltet ist.
12. Kraftwerksanlage gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des sekundärseitigen Strömungswegs des Wärmeübertragungsapparates (9) und stromauf der Hochdruckseite der Kraftmaschine (162) eine Hochdruckbrennkammer (161) angeordnet ist.
13. Kraftwerksanlage gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rauchgasreinigungskatalysator (10) am stromaufwärtigen Ende des primärseitigen Strömungswegs des Wärmeübertragungsapparates (9) angeordnet ist.
14. Kraftwerksanlage gemäss einem der Ansprüche 12 oder 13, weiterhin umfassend : Mittel zur Bestimmung der Temperatur am Kraftmaschinen Eintritt auf der Hochdruckseite der Expansionsturbine ; ein BrennstoffmassenstromStellorgan (17) zur Steuerung des Brennstoffmassenstroms zur Hochdruckbrennkammer (161) ; einen Temperaturregler ; dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturregler mit der Temperatur am Turbineneintritt als Regelgrösse und mit der Stellung des BrennstoffmassenstromStellorgans als Stellgrösse beschaltet ist.
15. Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage, umfassend die Schritte : einen SpeicherfluidMassenstrom, insbesondere einen Luftmassenstrom, aus einem Speichervolumen (1) zu entnehmen ; den Speicherfluidmassenstrom durch den sekundärseitigen Strömungsweg eines Wärmeübertragungsapparates (9) zu leiten und den Speicherfluidmassenstrom dabei durch indirekte Wärmeübertragung zu erwärmen ; den erwärmten Speicherfluidmassenstrom in einer Expansions Kraftmaschine (2,162) zu entspannen ; den entspannten Speicherfluidmassenstrom ein eine atmosphärische Brennkammer (11) zu leiten ; dem entspannten Speicherfluidmassenstrom in der atmosphärischen Brennkammer einen Brennstoffmassenstrom zuzuführen und zu verbrennen, und dabei ein Rauchgas zu erzeugen ; das Rauchgas durch einen primärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates (9) zu leiten und dabei im Wärmetausch mit dem den sekundärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates durchströmenden Speicherfluid abzukühlen.
16. Verfahren gemäss Anspruch 15, umfassend den weiteren Schritt, die Temperatur des Speicherfluides am Eintritt in die Expansions Kraftmaschine zu regeln oder auf einen Maximalwert zu begrenzen.
17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 15 oder 16, umfassend den weiteren Schritt, die Temperatur des Rauchgases am Austritt aus dem primärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates zu regeln oder auf einen Minimalwert zu begrenzen.
18. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 15 bis 17, umfassend den weiteren Schritt, die Temperatur des Rauchgases beim Eintritt in einen Katalysator oder die Temperatur des Katalysators zu regeln oder oberhalb eines Minimalwertes und unterhalb eines Maximalwertes zu begrenzen.
19. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 16 bis 18, umfassend den weiteren Schritt, den Brennstoffmassenstrom zur atmosphärischen Brennkammer als Stellgrösse für den Regelkreis heranzuziehen.
20. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 15 bis 19, umfassend die weiteren Schritte : die Nutzleistung der ExpansionsKraftmaschine zu bestimmen, und die Nutzleistung mit dem Luftmassenstrom als Stellgrösse zu regeln.
Description:
Kraftwerksanlage

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein bevorzugtes Betriebsverfahren.

Stand der Technik Sogenannte CAES-Kraftwerke sind im Stand der Technik, beispielsweise aus der US 5,537, 822, hinreichend bekannt. Bei diesen Kraftwerken wird ein Speichervolumen mit einem gespannten Speicherfluid, insbesondere Luft, befüllt. In Zeiten hohen Strombedarfs wird das gespeicherte Fluid arbeitsleistend in einer Kraftmaschine entspannt, welche einen Generator antreibt. Bei einem gegebenen Druckverhältnis über die Kraftmaschine ist die Ausnutzung des Speicherfluides dabei umso höher, je höher die Temperatur des Speicherfluides am Eintritt in die Kraftmaschine ist.

Die US 5,537, 822 schlägt vor, die Entspannung des Speicherfluides in mehreren Schritten vorzunehmen, und vor jedem Entspannungsschritt eine Erwärmung des Fluides vorzunehmen. Dies erfordert einen hohen apparativen Aufwand, da mehrere Kraftmaschinen und mehrere Wärmetauscher strömungsmässig in Reihe geschaltet angeordnet werden müssen. Alternativ schlägt US 5,537, 822 vor, das Speicherfluid vorgängig der Expansion in der Kraftmaschine mittels der Abwärme einer Gasturbogruppe zu erwärmen. Dies bedarf der Anordnung und des Betriebes einer Gasturbogruppe.

Darstellung der Erfindung Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden vermag. Insbesondere soll die Erfindung eine CAES-Kraftwerksanlage angeben, bei der das Speicherfluid vorgängig der Entspannung auf eine möglichst hohe Temperatur gebracht werden kann, ohne aufwändige Nebenaggregate anzuordnen. Ebenso soll auch die Anordnung weiterer Kamine vermieden werden, da deren Anzahl häufig im Rahmen der Bau-und Betriebsgenehmigungen streng limitiert ist.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe unter Verwendung der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kern der Erfindung ist es also, die Kraftwerksanlage so auszuführen, dass das Speicherfluid in der Kraftmaschine an sich vollständig, das heisst im Wesentlichen bis auf Atmosphärendruck, entspannt wird, anschliessend eine atmosphärische Brennkammer durchströmt, wobei in dem entspannten Speicherfluid ein Brennstoff verbrannt wird, und das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas die Primärseite eines Wärmeübertragungsapparates durchströmt, wobei es im Wärmetausch mit dem der Kraftmaschine zuströmenden Speicherfluid abgekühlt wird. Anschliessend strömt das abgekühlte Rauchgas als Abgas ab. Das aus dem Speichervolumen entnommene Speicherfluid wird dabei vorgängig der Entspannung in der Kraftmaschine erwärmt, wodurch das über die Kraftmaschine zur Verfügung

stehende massenspezifische Enthalpiegefälle ansteigt. Das heisst, für die Erzeugung einer bestimmten Nutzleistung ist ein geringerer Speicherfluidmassenstrom notwendig, oder umgekehrt, mit einem gegebenen Speicherdruck und-volumen kann mehr elektrische Energie erzeugt werden.

Als Speicherfluid eignet sich insbesondere Luft, da diese praktisch unbegrenzt verfügbar ist und problemlos zur Verbrennung eines Brennstoffes in der atmosphärischen Brennkammer verwendet werden kann.

Die erfindungsgemässe Anordnung zeichnet sich durch eine ganze Reihe von Vorteilen aus : Einerseits wird das Speicherfluid unmittelbar zur Verbrennung des Brennstoffes benutzt. Dies hat einerseits den Vorteil, dass aufwändige Einrichtungen zur Förderung von Verbrennungsluft entfallen, da das entspannte Speicherfluid ohnehin einen Abströmtrakt der Kraftmaschine durchströmen muss. Zudem kann auf einen neben einem Abluftkamin anzuordnenden weiteren Kamin verzichtet werden. Andererseits erfolgt die Verbrennung erst stromab der Kraftmaschine, und das der Kraftmaschine zuströmende Speicherfluid wird im indirekten Wärmetausch erwärmt. Das bedeutet, dass die Kraftmaschine von Speicherfluid, im allgemeinen Luft, anstelle von aggressiven Rauchgasen durchströmt wird. Auf Schutzmassnahmen gegen aggressive Rauchgase kann also verzichtet werden. Es können daher wesentlich kostengünstigere Kraftmaschinen eingesetzt werden als dies bei einer Beaufschlagung mit Rauchgasen der Fall wäre. Insbesondere können Dampfturbinen mit geringen Modifikationen als Expansionskraftmaschinen für das Speicherfluid Anwendung finden ; dabei ist es von Vorteil, wenn die Eintrittstemperatur des Speicherfluides begrenzt wird, um mit den zulässigen Eintrittstemperaturen der Turbine von beispielsweise rund 500°C bis 600°C oder auch 650°C ohne Verwendung von Hochtemperaturwerkstoffen kompatibel zu bleiben. Eine Turbine, welche zur Expansion eines nicht aggressiven Speicherfluides vorgesehen ist und daher ohne besondere Massnahmen gegen aggressive und korrosive Medien auskommt, wird hiernach summarisch als Luftturbine bezeichnet.

Sehr vorteilhaft und mit geringem Aufwand lässt sich die erfindungsgemässe Kraftwerksanlage mit genau einer einzigen Expansions-Kraftmaschine ausführen. In einer vorteilhaften Ausführungsform steht der vom gespannten Speicherfluid durchströmte sekundärseitige Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates in im Wesentlichen unmittelbarer Fluidverbindung mit der Hochdruckseite der Expansions-Kraftmaschine, derart, dass das erwärmte Speicherfluid zu der Expansionsmaschine strömt, ohne weitere Apparate zu durchströmen. Weiterhin wird mit Vorteil in eben diesem Sinne eine im Wesentlichen unmittelbare Fluidverbindung von der Niederdruckseite der Expansionskraftmaschine zu der atmosphärischen Brennkammer hergestellt. Ein weiterer Vorteil ist in der zwanglos gegebenen Kompatibilität der primärseitig und sekundärseitig den Wärmeübertragungsapparat durchströmenden Fluidmassenströme zu sehen, aufgrund welcher die Temperaturverhältnisse am Eintritt und Austritt aus dem Wärmetauscherapparat im Wesentlichen nur noch eine Funktion von dessen Dimensionierung sind.

Mit grösstem Vorteil ist stromab der atmosphärischen Brennkammer ein Rauchgasreinigungskatalysator angeordnet. Aufgrund des zur Funktion des Katalysators erforderlichen Temperaturfensters ist dieser mit Vorteil innerhalb des Wärmeübertragungsapparates angeordnet, und zwar an einer Stelle, an der sich die aus der atmosphärischen Brennkammer austretenden Rauchgase im Wärmetausch mit dem gespannten Speicherfluid bereits weit genug abgekühlt haben, um eine Beschädigung des Katalysators zu vermeiden, aber immer noch eine Temperatur aufweisen, bei der eine hinreichende katalytische Wirkung sichergestellt ist. Das heisst, dass der Katalysator innerhalb des primärseitigen Strömungsweges des Wärmeübertragungsapparates stromab eines ersten und stromauf eines zweiten Teils des primärseitigen Strömungsweges angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin stromab des sekundärseitigen Strömungsweges des Wärmeübertragungsapparates und

stromauf der Expansionsmaschine eine Hochdruckbrennkammer angeordnet.

Diese ermöglicht eine weitere Steigerung der massenstromspezifischen Leistungsabgabe, erfordert aber, wie oben angedeutet, im Gegenzug entsprechende Massnahmen an der Expansionsmaschine, weil diese dann von aggressiven Rauchgasen durchströmt wird, und die Komponenten höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Es kann in diesem Falls bevorzugt der Turbinenteil einer Gasturbogruppe als Expansionskraftmaschine Verwendung finden. Es wird bei dieser Ausführungsform bevorzugt auf an sich bekannte geeignete Weise die Temperatur am Eintritt der Expansionsmaschine direkt oder indirekt bestimmt und der Brennstoffmassenstrom zur Hochdruckbrennkammer wird durch Verstellung eines Brennstoffmassenstrom- Stellorgans gesteuert, um diese Temperatur auf einem Sollwert zu halten, oder, um diese Temperatur auf einen zulässigen Maximalwert zu begrenzen.

In einer Betriebsweise der erfindungsgemässen Kraftwerksanlage wird die Nutzleistung der Expansions-Kraftmaschine geregelt, indem bevorzugt auf den Speicherfluid-Massenstrom eingegriffen wird. Dies erfordert geeignete Mittel zur Bestimmung der Nutzleistung, vorzugsweise als Leistung eines von der Expansions-Kraftmaschine angetriebenen Generators. Vorzugsweise wird mit der so bestimmten Leistung als Regelgrösse ein Leistungsregler beschaltet, der als Stellgrösse auf ein Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan eingreift.

In einer weiteren Betriebsweise wird auf geeignete Weise direkt oder indirekt die Speicherfluidtemperatur am Eintritt in die Expansionsmaschine ermittelt, und durch Eingriffe auf ein Brennstoffmassenstrom-Stellorgan der atmosphärischen Brennkammer geregelt.

In einer weiteren vorteilhaften Betriebsweise wird die Temperatur eines im Rauchgaspfad stromab der atmosphärischen Brennkammer angeordneten Rauchgasreinigungskatalysators, und/oder die Temperatur des diesem zuströmenden Rauchgases gemessen und geregelt, wobei unter einer Regelung selbstverständlich eine Sollwertregelung wie auch eine

Grenzwertregelung zu verstehen sein kann. Auch kann ein stetiger Regler ebenso wie ein unstetiger Regler, beispielsweise ein Zweipunktregler, Verwendung finden. Eine solche Regelung stellt sicher, dass der Katalysator nicht aufgrund von Überhitzung nachhaltig beschädigt wird. Weiterhin kann die Temperatur in ein der katalytischen Rauchgasreinigung förderliches Temperaturfenster eingeregelt werden.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Temperatur des Rauchgases stromab des primärseitigen Strömungsweges des Wärmeübertragungsapparates oder an dessen Austritt bestimmt, und auf einen Sollwert oder auf die Einhaltung eines zulässigen Minimalwertes geregelt.

Damit kann einerseits sichergestellt werden, dass eine Unterschreitung des Taupunktes korrosiver Rauchgaskomponenten vermieden wird. In dieser Hinsicht kann die untere Grenztemperatur auch brennstoffabhängig variieren, und beispielsweise bei Ölfeuerung höher liegen als bei Erdgasfeuerung. In einer Betriebsweise kann die Rauchgastemperatur auf einen möglichst geringen Wert oberhalb dieses Taupunktes eingeregelt werden, wodurch die Abgaswärmeverluste minimiert und damit die Brennstoffausnutzung verbessert werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Kraftwerksanlage und vorteilhafte Betriebsweisen erschliessen sich aus den Unteransprüchen und im Lichte der Ausführungsbeispiele.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeigen : Figur 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ; Figur 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar notwendige Elemente sind weggelassen. Die Ausführungsbeispiele sind rein instruktiv zu verstehen, und sollen nicht zu einer Einschränkung der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung herangezogen werden.

Weg zur Ausführung der Erfindung Die in Figur 1 dargestellte Kraftwerksanlage umfasst grundlegenderweise ein Speichervolumen 1 zur Speicherung eines komprimierten Gases, insbesondere Luft, und eine Turbine 2 zur arbeitsleistenden Entspannung des Speicherfluides, wobei ein Generator 3 angetrieben wird, welcher eine Nutzleistung PAct erzeugt. Das entspannte Speicherfluid wird durch einen Abluftkamin 4 in die Atmosphäre entlassen. Zur Aufladung des Speichers 1 ist eine Verdichtereinheit 5 angeordnet, deren konkrete Ausgestaltung nicht erfindungserheblich ist ; beispielhaft sind ein Turboverdichter 6 mit einem Antriebsmotor 7 und einem Kühler 8 dargestellt. In Zeiten geringer Elektrizitätsnachfrage und entsprechend geringen Strompreises wird die Verdichtereinheit betrieben, um den Speicher 1 mit Druckluft aufzuladen. Wie einleitend erwähnt und leicht nachzuvollziehen, ist das spezifische Enthalpiegefälle über die Turbine sehr klein, wenn aus dem Speicher Luft bei annähernd Umgebungstemperatur der Turbine 2 zuströmt und entspannt wird.

Das heisst, zur Erzeugung einer bestimmten elektrischen Energie wird sehr viel Speicherfluid benötigt, mit anderen Worten, die bei vorgegebenem Speicherdruck mit einem gespeicherten Volumen erzeugbare elektrische Leistung ist hierdurch begrenzt. Erfindungsgemäss sind daher ein Wärmeübertragungsapparat 9 und eine Brennkammer 11 angeordnet. Die Brennkammer 11 ist stromab der Turbine 2 angeordnet. Abgesehen vom dynamischen Druck des strömenden Fluides und Druckverlusten im weiteren Strömungsweg entspricht der Druck des Speicherfluides in der Brennkammer

11 dem Umgebungsdruck. Es ist daher gerechtfertigt, von einer atmosphärischen Brennkammer zu sprechen. Der Wärmeübertragungsapparat 9 ist derart angeordnet, dass der primärseitige Strömungspfad, der von einem wärmeabgebenden Fluid durchströmt wird, im Strömungsweg des entspannten Speicherfluides stromab der atmosphärischen Brennkammer 11 angeordnet ist.

Der sekundärseitige Strömungspfad, der von dem wärmeaufnehmenden Fluid durchströmt wird, ist im Strömungsweg des Speicherfluides zwischen dem Speicher 1 und der Turbine 2 angeordnet. Mit anderen Worten werden die Primärseite des Wärmeübertragungsapparates 9 und die Sekundärseite des Wärmeübertragungsapparates 9 vom selben Fluidstrom durchströmt. Dem entspannten Arbeitsfluid wird in der atmosphärischen Brennkammer 11 Brennstoff zugeführt und dieser verbrannt. Das entstehende heisse Rauchgas wird dem Wärmeübertragungsapparat 9 zugeleitet, und beim Durchströmen im Wärmetausch mit dem aus dem Speichervolumen 1 zur Turbine 2 strömenden Speicherfluid abgekühlt. Gleichzeitig wird das sekundärseitig vom Speicher zur Turbine strömende Fluid im Wärmetausch erwärmt. Die Fluidströme auf der Primärseite und der Sekundärseite strömen im Interesse bester Wärmetauscherwirkung im Gegenstrom. Aufgrund der Erwärmung des Speicherfluides vor dem Eintritt in die Entspannungs-Kraftmaschine 2 steht ein grösseres massenspezifisches Enthalpiegefälle zur Verfügung.

Dementsprechend ist bei einem bestimmten Druckverhältnis ein geringerer Massenstrom zur Erzeugung einer bestimmten Nutzleistung erforderlich, und mit dem in einem vorgegebenen Speichervolumen gespeicherten Speicherfluid kann mehr elektrische Energie erzeugt werden. Hinsichtlich der Leistungsausbeute ist es selbstverständlich umso günstiger, je höher die Temperatur des Speicherfluides am Eintritt in die Speicherfluid- Entspannungsmaschine 2 ist. Andererseits werden durch die verwendeten Werkstoffe und andere Randbedingungen Grenzen für eine maximal zulässige Temperatur gesetzt. Es ist daher höchst von Vorteil, durch geeignete Mittel die Temperatur am Eintritt der Entspannungsmaschine 2 zu bestimmen und auf einen Maximalwert zu begrenzen, oder auf einen möglichst nahe an diesem

Maximalwert liegenden Sollwert einzuregeln. Eine mögliche Realisierung dieser Regelung wird unten näher dargelegt.

Die Erfindung ermöglicht es also, das Speicherfluid vor dem Eintritt in die Entspannungskraftmaschine aufzuheizen, ohne dass die Kraftmaschine mit einer Rauchgasströmung beaufschlagt würde ; die Kraftmaschine wird weiterhin nur von Speicherfluid, insbesondere Luft, durchströmt. Die Bauteile der Expansionsmaschine werden in der dargestellten Ausführungsform nicht mit aggressiven Rauchgaskomponenten beaufschlagt, wodurch sich die Expansionsmaschine einfacher und billiger realisieren lässt. Gleichwohl ist im Wesentlichen nur ein einziger Medienstrom und nur ein Kamin erforderlich, weil das Speicherfluid gleichzeitig zum Verbrennen des Brennstoffs verwendet wird.

Weiterhin müssen keine spezifischen Vorrichtungen zum Aufbereiten und Fördern von Verbrennungsluft einer externen Feuerung vorgesehen werden.

Durch die Verbrennung eines Brennstoffs werden Schadstoffkomponenten wie Stickoxide gebildet. Obschon sich die Schadstoffwerte durch geeignete Massnahmen bei der Verbrennung stark vermindern lassen, erfordern strengste Emissionsvorschriften den Einsatz von Abgasaufbereitungsmassnahmen. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Rauchgasreinigungskatalysator 10 im Rauchgasströmungsweg stromab der atmosphärischen Brennkammer angeordnet. Bei Verwendung eines Rauchgasreinigungskatalysators ist dessen Betriebstemperaturfenster zu beachten. Eine zu hohe Katalysatortemperatur führt zu einer irreversiblen Schädigung des Katalysators. Bei einer zu niedrigen Temperatur wird keine katalytische Wirkung mehr erzielt. Die Temperatur des Rauchgases am Austritt aus der atmosphärischen Brennkammer ist im allgemeinen zu hoch für den Katalysator. Für eine beste Wärmeausnutzung wird das Rauchgas im Wärmeübertragungsapparat 9 auf eine Temperatur abgekühlt, welche für die katalytische Abgasreinigung zu niedrig ist. Der Katalysator ist daher innerhalb des Wärmeübertragungsapparates angeordnet, im primärseitigen Strömungsweg, stromab eines ersten Teils des Strömungsweges und stromauf eines zweiten Teils des Strömungsweges innerhalb des Wärmeübertragungsapparates. Auf diese Weise wird das Temperaturgefälle

über den Wärmeübertragungsapparat vorteilhaft auf eine Weise aufgeteilt, dass im Normalbetrieb ein günstiger Temperaturbereich für den Katalysator angetroffen wird. Dieser Effekt kann gleichwertig auch mit einer Zweiteilung des Wärmeübertragungsapparates erreicht werden, wobei der Katalysator zwischengeschaltet ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform dient ein Speicherfluidmassenstrom- Stellorgan 14 als Stellglied für eine Nutzleistungsregelung. Die Nutzleistung wird als Generatorleistung PAct bestimmt. Diese wird auf nicht dargestellte, dem Fachmann aber ohne Weiteres geläufige Weise mit einem Sollwert verglichen.

Wenn die Leistung als Regelgrösse sinkt, wird das Stellorgan 14 weiter geöffnet und der Speicherfluid-Massenstrom steigt. Wenn die Leistung als Regelgrösse steigt, wird das Stellorgan 14 stärker angedrosselt und der Speicherfluid-Massenstrom sinkt.

Als weitere Stellgrösse des Prozesses steht der der atmosphärischen Brennkammer 11 zugeführte Brennstoffmassenstrom zur Verfügung, welcher über das Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 13 gesteuert wird. Für den Betrieb der dargestellten Kraftwerksanlage sind im wesentlichen drei Temperaturen relevant. Dies ist einerseits die Temperatur des Speicherfluides am Austritt aus dem sekundärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates oder die Temperatur des Speicherfluides am Eintritt in die Turbine 2, die Abgastemperatur des Fluides am Austritt aus dem primärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates, sowie die Katalysatortemperatur oder auch die Temperatur des Rauchgases unmittelbar stromauf des Katalysators. Gemäss einem Aspekt der Erfindung weist die Kraftwerksanlage Mittel zur Bestimmung einer dieser Temperaturen auf, welche als Regelgrösse für einen Regelkreis herangezogen wird, während die Stellung des Brennstoffmassenstrom-Stellorgans 13 als Stellgrösse für diesen Regelkreis herangezogen wird. Es stellt sich nunmehr als eine Prozessoptimierungsfrage dar, welche der drei Temperaturen auf einen Sollwert geregelt wird. Wird die Temperatur am Turbineneintritt auf einen möglichst hohen Sollwert geregelt, so resultiert eine Betriebsweise mit bester Speicherfluidausnutzung. Wird die Temperatur des Rauchgases stromab des

Wärmeübertragungsapparates auf einen Sollwert geregelt, so können die Abgaswärmeverluste minimiert werden, und es resultiert ein wirkungsgradoptimierter Betrieb. In der dargestellten Ausführungsform wird mittels einer Messstelle 15 die Temperatur des Katalysators gemessen und auf einen Sollwert geregelt. Übersteigt die gemessene Temperatur den Sollwert oder die obere Grenze eines Sollwertintervalls, wird das Stellorgan 13 ein Stück geschlossen. Unterschreitet die gemessene Temperatur den Sollwert oder die untere Grenze eines Sollwertintervalls, wird das Stellorgan 13 ein Stück weiter geöffnet. Dies resultiert in einer bestmöglichen Rauchgasreinigungswirkung des Katalysators. Die primärseitig und sekundärseitig strömenden Massenströme im Wärmeübertragungsapparat sind zwangsläufig stets bis auf den Brennstoffmassenstrom identisch. Bei gegebener Dimensionierung des Wärmeübertragungsapparates sind alle drei Temperaturen daher eng miteinander verknüpft. Das heisst, wenn eine der drei Temperaturen auf einen Sollwert eingeregelt wird, bewegen sich die Schwankungen der anderen beiden Temperaturen in vergleichsweise engen Grenzen. Mit anderen Worten, werden indirekt auch die anderen Temperaturen geregelt. Es ist gleichwohl vorteilhaft, auf nicht dargestellte, dem Fachmann aber geläufige Weise auch die jeweils nicht unmittelbar geregelten Temperaturen zu überwachen und in einer Sicherheitsschaltung der Kraftwerksanlage auszuwerten, damit es bei der dargestellten Ausführungsform nicht zu einer Taupunktsunterschreitung des Rauchgases kommt, und eine thermische Überlastung der Expansionsmaschine vermieden wird.

Prinzipiell ist es auch möglich, stromab des sekundärseitigen Strömungsweg des Wärmeübertragungsapparates 9 und stromauf der Turbine 2 eine weitere Brennkammer anzuordnen ; die Anordnung einer indirekten Feuerung ist an dieser Stelle bei erfindungsgemässer Ausführung der Kraftwerksanlage nicht sinnvoll, obschon prinzipiell möglich. Diese Anordnung einer Brennkammer stromauf der Turbine 2 erfordert aber spezielle Massnahmen, damit es nicht zur Beschädigung der mit heissen Rauchgasen beaufschlagten Turbine

kommt. Insbesondere lässt sich in diesem Falle die Expansionsturbine einer Gasturbogruppe verwenden, welche mit Vorteil mitsamt ihrer Brennkammer verwendet wird. Aufgrund der Einfachheit wird aber gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung die in der Figur 1 dargestellte Ausführungsform als vorteilhaft erachtet, bei welcher der Strömungsweg von der Sekundärseite des Wärmeübertragungsapparates 9 zur Expansionsmaschine im Wesentlichen unmittelbar, ohne zwischengeschaltete Apparate, realisiert ist.

Die Anordnung einer Brennkammer stromauf der Expansionsmaschine wird vorteilhaft in der in Figur 2 dargestellten Weise realisiert. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass ein Betriebstemperaturfenster eines Katalysators von beispielhaft rund 300°C bis 350°C, wobei diese Temperaturen katalysatorspezifisch auf deutlich darüber liegen können, durchaus mit der Verdichterendtemperatur einer Gasturbogruppe mit einem Druckverhältnis zwischen 10 und 15 vergleichbar ist. Bei der in Figur 2 dargestellten Kraftwerksanlage ist der Katalysator 10 am stromaufwärtigen Ende des primärseitigen Strömungsweges des Wärmeübertragungsapparates 9 angeordnet. Im weiteren umfasst die Kraftwerksanlage eine Brennkammer- Turbinen-Einheit 16, umfassend die Brennkammer 161 und die Turbine 162 einer Gasturbogruppe, bei welcher der Verdichter weggelassen wurde. Auf nicht dargestellte Weise wird stromauf der Hochdruckbrennkammer 161 ein Teil des Speicherfluides in das Kühlluftsystem der Gasturbogruppe abgeleitet.

Auch dabei ist es höchst vorteilhaft, dass dieses Speicherfluid eine Temperatur aufweist, welche der an einem Verdichteraustritt einer Gasturbogruppe abgezweigten Kühlluft wenigstens näherungsweise vergleichbar ist. Das verdichterseitige Wellenende treibt unmittelbar den Generator 3 an. Die Leistungsregelung der Generatorleistung PAct erfolgt mit der Stellung des Speicherfluidmassenstrom-Stellorgans 14 als Stellgrösse. Die Temperatur des Katalysators wird vorteilhaft mit der Stellung des Brennstoffmassenstrom- Stellorgans 13 der atmosphärischen Brennkammer als Stellgrösse geregelt.

Die Temperatur am Eintritt der Turbine 162 wird in der vorliegenden Ausführungsform nicht unmittelbar gemessen, sondern auf an sich bekannte

Weise aus anderen Grössen, beispielsweise der Turbinenaustrittstemperatur und dem Turbinen-Druckverhältnis berechnet. Die so ermittelte Temperatur wird mittels Eingriffen auf das Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 17 der Brennkammer 161 geregelt. Auf diese Weise lässt sich ebenfalls unter weitgehender Verwendung standardisierter Komponenten, nämlich der vollständigen Brennkammer-Turbinen-Einheit 16, eine erfindungsgemässe Kraftwerksanlage aufbauen.

Bezugszeichenliste 1 Speichervolumen, Druckluftspeicher 2 Expansions-Kraftmaschine, Expansionsturbine 3 Generator 4 Kamin, Abluftkamin 5 Verdichtereinheit 6 Verdichter 7 Antriebsmotor 8 Kühler 9 Wärmeübertragungsapparat 10 Rauchgasreinigungskatalysator 11 atmosphärische Brennkammer 13 Brenstoffmassenstrom-Stellorgan 14 Speicherfluidmassenstrom-Stellorgan 15 Temperaturmessstelle 16 Brennkammer-Turbineneinheit 17 Brennstoffmassenstrom-Stellorgan 161 Brennkammer, Hochdruckbrennkammer 162 Turbine PAct Nutzleistung