Die Erfindung betrifft eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung für Abgase eines Tur binenkraftwerks, ein Turbinenkraftwerk mit einer solchen Druckbeaufschlagungs vorrichtung sowie ein Verfahren zum Druckbeaufschlagen von Abgasen eines Tur- binenkraftwerks.

Mittels Anlagen zur Abscheidung und/oder zur Speicherung von Kohlenstoffdioxid (englisch: Carbon Capture und Storage, CCS) kann der Ausstoß von Treibhausga sen in die Atmosphäre bei Kraftwerken, die mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen betrieben werden, reduziert oder gar vermieden werden. Dies gilt so- wohl für Gasturbinenkraftwerke, bei denen die T urbinenschaufeln direkt mit den Verbrennungsgasen beaufschlagt werden, als auch für Dampfturbinenkraftwerke, bei welchen ein Dampfkreislauf mit Wärmeenergie aus der Verbrennung des Brennstoffs betrieben und die Turbinenschaufeln mit dem erhitzten Dampf beauf schlagt werden. Neben CCS- Prozessen, bei welchen das Kohlenstoffdioxid vor der Verbrennung des Brennstoffs abgeschieden wird (Pre-Combustion) ist eine gängige Methode die Abscheidung des Kohlenstoffdioxids nach der Verbrennung (Post-Combustion) aus den Abgasen der Verbrennung. Dabei kann entweder zuerst das Abgas kompri miert und anschließend das Kohlenstoffdioxid abgeschieden werden, oder das Kohlenstoffdioxid wird zuerst abgeschieden und anschließend komprimiert. In bei den Fällen benötigt der CCS-Prozess einen sehr leistungsstarken Verdichter.

Bei bekannten Kraftwerken mit einer Einrichtung zur Post-Combustion-CCS wird der benötigte Verdichter mit einer elektrischen Maschine betrieben, die entspre chend der benötigten Verdichterleistung mit elektrischer Leistung versorgt werden muss. Dazu kann beispielsweise ein Teil der mit dem Kraftwerk nutzbar gemachten elektrischen Energie dem Verdichterantrieb zugeleitet werden. Eine solche Anord nung erlaubt eine flexible Regelung der Verdichterleistung entsprechend der in der Anlage vorliegenden Entwicklung des Verdichtungsbedarfs. Nachteilig ist allerdings der schlechte Wirkungsgrad der Leistungsübertragung von der Turbine zu dem Verdichter aufgrund der Verluste bei den Transformationen von Drehmoment an der Turbinenabtriebswelle in elektrische Energie und wieder in Drehmoment an dem Verdichter.

Bei Gasturbinenkraftwerken mit Pre-Combustion-CCS ist bekannt, dass sich der Verdichter für die Verbrennungsluft und der Gasturbinenexpander eine Triebwelle teilen.

Eine gemeinsame Triebwelle ist aus der WO 2012/003076 A1 auch für die Kompri mierung von gekühltem Recyclinggas mittels eines ersten Kompressors bekannt, wenngleich nach dem Kenntnisstand der Anmelderin eine solche Konfiguration in gegenwärtigen Kraftwerken aufgrund der damit verbundenen Nachteile keine An Wendung findet. Mit der gemeinsamen Triebwelle kann nämlich die Verdichterleis tung nicht unabhängig von der Turbinenleistung angepasst werden.

Aus der Druckschrift US 2014/0216034 A1 ist ferner ein Antriebsstrang bekannt, um ein Kraftwerk nicht mit Wasserdampf sondern CO2 zu betreiben. In diesem wird der Verdichter, der das CO2 dem Prozess zuführt, von einer Turbine oder dem Elektromotor angetrieben, wobei für den Umschaltvorgang zwischen beiden Be triebsweisen jeweils eine Kupplung zwischen dem Verdichter und der Turbine ei nerseits und dem Verdichter und Elektromotor andererseits vorgesehen ist.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Druckbeaufschla gung für Abgase eines Turbinenkraftwerks zu verbessern und ferner deren Betäti- gung zu optimieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 , durch ein Turbinenkraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Druckbeaufschlagungsvor richtung für Abgase eines Turbinenkraftwerks bereitgestellt. Bei den Abgasen, die mit Druck beaufschlagt werden, handelt es sich insbesondere um Kohlenstoffdi oxid-haltige Abgase und/oder um eine Kohlenstoffdioxid-reiche Teilmenge der Ab gase (beispielsweise, nachdem mit einem geeigneten Abscheidungsprozess an dere Bestandteile der Abgase, beispielsweise Stickstoff und/oder andere) abge trennt wurden.

Eine Turbine, insbesondere eine Hauptturbine, des Kraftwerks ist insbesondere un mittelbar oder mittelbar mit einem Fluid antreibbar, welches zum Betrieb der Tur bine, insbesondere mittels eines Verbrennungsvorgangs, erhitzt und/oder unter Druck gesetzt wird.

Die Druckbeaufschlagungsvorrichtung weist zumindest eine Fluidarbeitsmaschine auf, insbesondere einen Verdichter und/oder eine Pumpe, wobei der Verdichter zu sätzlich auch als Pumpe oder die Pumpe zusätzlich auch als Verdichter ausgebil det sein kann. Je nachdem, ob die Fluidarbeitsmaschine als Verdichter und/oder als Pumpe ausgebildet ist, ist sie zur Verdichtung gasförmiger Anteile der Abgase und/oder zur Druckbeaufschlagung flüssiger Anteile der Abgase eingerichtet, die insbesondere aus dem Verbrennungsvorgang des Brennstoffs zum mittelbaren o- der unmittelbaren Antrieb der Turbine entstehen.

Die Fluidarbeitsmaschine ist, insbesondere unmittelbar und/oder mittelbar, mit ei ner Abtriebswelle einer Hauptturbine des Kraftwerks zur Drehmomentübertragung verbindbar, insbesondere verbunden, und mittels eines von der Abtriebswelle über tragenen Drehmoments antreibbar, insbesondere angetrieben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckbeaufschlagungsvorrichtung ein mit der Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine verbundenes und zumindest ein hydrodynamischen Getriebeelement aufweisendes Leistungsübertragungselement umfasst, das mit der Abtriebswelle der Hauptturbine verbindbar ist. Der Einsatz ei nes hydrodynamischen Getriebeelementes in der Verbindung zwischen Ab triebswelle der Hauptarbeitsturbine und der Fluidarbeitsmaschine bietet den Vorteil eines sanften und langsamen Anfahrens der Fluidarbeitsmaschine sowie einer schwingungsdämpfenden und verschleißfreien Kraftübertragung. Das hydrodyna mische Getriebeelement ermöglicht desweiteren das Anfahren eines sehr großen Massenträgheitsmomentes. Im Vergleich zu einer mechanischen Trennkupplung ist eine Einkoppelung und Entkoppelung der Fluidarbeitsmaschine unter Last bei wei terlaufender Hauptturbine möglich, d.h. die Fluidarbeitsmaschine kann zu- oder abgeschaltet werden, während die Hauptturbine weiter betrieben wird. Durch die dadurch ebenfalls bedingte schnelle Möglichkeit des Trennens ist ein einfacher Überlastschutz möglich.

Durch den Antrieb über die Hauptturbine kann auf eine separate Antriebseinrich tung für die Fluidarbeitsmaschine verzichtet werden und die Antriebsleistung der Fluidarbeitsmaschine zur Verdichtung des an der Hauptarbeitsturbine anfallenden Abgases kann durch die Ankoppelung über das hydrodynamische Getriebeelement an die Hauptarbeitsturbine direkt angepasst werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Druckbeaufschlagungsvorrichtung Bestandteil eines Turbinenkraftwerkes. Das Turbinenkraftwerk umfasst zumindest: a) eine Turbine, insbesondere eine Hauptturbine, mit einer Abtriebswelle und ins besondere wenigstens einem umlaufend um die Abtriebswelle angeordneten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Turbinenschaufeln, die unmittelbar oder mit telbar mit einem Fluid antreibbar sind, welches zur Beaufschlagung der Turbinen schaufeln mit einem Drehmoment, insbesondere mittels eines Verbrennungsvor gangs, erhitzt und/oder unter Druck gesetzt wird, b) einen Generator, der mit der Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung verbun den ist und insbesondere zur Umwandlung eines an der Abtriebswelle anliegenden Drehmoments in elektrische Energie eingerichtet ist. Die Abtriebswelle der Turbine ist dazu eingerichtet, mit einer Antriebswelle einer Druckbeaufschlagungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung gekoppelt zu werden.

Gemäß einer Ausführung ist c) eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung nach einer Ausführung der Erfindung ein Bestandteil des Turbinenkraftwerks, wobei dann ins besondere die Abtriebswelle die Turbine und die Antriebswelle der Druckbeauf schlagungsvorrichtung dazu eingerichtet sind, mit dem jeweils anderen zur Dreh momentübertragung gekoppelt zu werden.

Gemäß einer Ausführung weist das Turbinenkraftwerk eine d) Abgasführung auf, die dazu eingerichtet ist, Abgase aus der Verbrennung von einer Brennkammer des Turbinenkraftwerks zu einem Einlass der Druckbeaufschlagungsvorrichtung zu füh ren. Entlang der Abgasführung kann gemäß einer Ausführung eine Nachbehand lung des Abgases, beispielsweise im Sinne einer Kohlenstoffdioxid-Abscheidung und/oder einer Kühlung der Abgase und/oder einer Heizung der Abgase und/oder einer Entspannung der Abgase und/oder einer Komprimierung der Abgase vorge sehen sein. Dabei kann beispielsweise zuerst das Abgas komprimiert und anschlie ßend Kohlenstoffdioxid abgeschieden werden, oder Kohlenstoffdioxid wird zuerst abgeschieden und anschließend komprimiert.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Druckbeaufschlagen von Ab gasen eines Turbinenkraftwerks bereitgestellt. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf, die entsprechend der angegebenen Reihenfolge oder einer beliebigen sinnvollen anderen Reihenfolge durchlaufen werden können: i) Beaufschlagen wenigstens einer Teilmenge, insbesondere einer Kohlenstoffdi oxid-reichen Teilmenge, der Abgase des Kraftwerks mit einem Druck mittels einer Fluidarbeitsmaschine einer Druckbeaufschlagungsvorrichtung, die insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung ausgebildet ist; gemäß einer Ausführung werden die gesamten Abgase mit dem Druck beaufschlagt; ii) Beaufschlagen und/oder Antreiben der Fluidarbeitsmaschine mit einem an einer Abtriebswelle einer Hauptturbine des Kraftwerks anliegenden Drehmoment, insbe sondere unmittelbar und/oder mittelbar, mittels einer Verbindung und/oder Kopp lung dieser Abtriebswelle mit einer Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine; unter einer Kopplung ist vorliegend insbesondere eine lösbare, im nicht gelösten Zustand drehfeste, Verbindung zu verstehen;

Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass bei bekannten Dampfturbinenkraftwerken mit Post-Combustion-CCS der Abgasverdichter im Re gelfall elektrisch betrieben wird, was erhebliche Transformations-Verluste mit sich bringt. Gleichzeitig ist der bei Pre-Combustion-CCS praktizierte Ansatz, einen Luft verdichter auf der Abtriebswelle der Hauptturbine zu platzieren, für die Abgasver dichtung nicht zielführend, weil die benötigte Verdichtungsleistung und die mittels der Hauptturbine bereitgestellte Leistung nicht in allen Betriebsfällen direkt proporti onal zueinander sind. Als Beispiel seien hier nur die Anfahrphase des Kraftwerks oder der Zeitversatz bei der Dampfgenerierung in Dampfturbinenkraftwerken ge nannt.

Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, häufig als Einheit verbaute Dampfturbinengeneratorsätze derart zur Drehmomentübertragung mit dem Abgas Verdichter zu koppeln, dass die Verdichterleistung zwar einerseits ohne Transfor mationsverluste, aber andererseits steuerbar bzw. regelbar erbracht werden kann, und zwar zumindest teilweise, insbesondere vollständig unabhängig von der jewei ligen Leistung der Hauptturbine.

Im Sinne der Erfindung werden dazu die Abtriebswelle der Turbine einerseits und die Antriebswelle des Verdichters andererseits dazu eingerichtet, miteinander zur Drehmomentübertragung verbunden zu werden. Insbesondere ist also zur Verbin dung ein geeignetes Leistungsübertragungselement zwischen den beiden Wellen vorgesehen. Der Erfindungsgedanke ist nicht nur auf Dampfturbinenkraftwerke anwendbar, son dern auch auf Gasturbinenkraftwerke und andere Turbinenkraftwerke. Zudem be trifft der Erfindungsgedanke nicht nur Systeme, bei denen Kohlenstoffdioxid kom primiert werden soll, sondern ebenso Systeme, bei denen bereits komprimiertes Kohlenstoffdioxid im Sinne eines Pumpens gefördert werden soll.

Mit der Erfindung kann die benötigte Antriebsenergie für die Druckbeaufschla gungsvorrichtung direkt mechanisch am Turbinengeneratorsatz abgenommen wer den. Damit kann - insbesondere verglichen mit einem elektrischen Antrieb der Druckbeaufschlagungsvorrichtung - ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, weil durch den direkten Antrieb keine weiteren elektrischen Übertragungselemente be nötigt werden.

Die Druckbeaufschlagungsvorrichtung kann je nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden, während der Dampfturbinengeneratorsatz weiter läuft, insbesondere wenn ein lösbares und/oder ggf. regelbares Leistungsübertragungselement verwendet wird.

Gemäß einer Ausführung weist die Fluidarbeitsmaschine eine Antriebswelle auf, die dazu eingerichtet ist, mit der Abtriebswelle der Hauptturbine zur Drehmomen tübertragung gekoppelt zu werden. Dadurch ist eine lösbare Drehmomentübertra gung von der Abtriebswelle der Turbine an den Antrieb der Druckbeaufschlagungs vorrichtung möglich.

Um Bauraum einzusparen, ist gemäß einer Ausführung die Antriebswelle der Flu idarbeitsmaschine koaxial zu einer Abtriebswelle der Hauptturbine anordenbar. Dazu können insbesondere koaxiale Leistungsübertragungselemente wie beispiels weise Reibkupplungen, hydrodynamische Kupplungen, Drehmomentwandler und/oder Planetengetriebe, aber auch geeignete Kombinationen von Getriebestu fen verwendet werden. Gemäß einer Ausführung ist die Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine zusätzlich als Abtriebswelle der Hauptturbine ausgebildet oder fest mit dieser verbindbar, ins besondere wenn es für eine spezifische Anwendung nicht erforderlich ist, die Druckbeaufschlagungsvorrichtung unabhängig von der Drehzahl der Abtriebswelle der Turbine zu regeln.

Um eine Anpassung der Leistung und/oder der Drehzahl der Druckbeaufschla gungsvorrichtung zu ermöglichen, weist gemäß einer Ausführung die Druckbeauf schlagungsvorrichtung ein mit der Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine verbun denes Leistungsübertragungselement, insbesondere eine Kupplung und/oder ein Getriebe auf, das mit der Abtriebswelle der Hauptturbine verbindbar, insbesondere verbunden, ist.

Je nach spezifischen Anforderungen der Kopplung der Abtriebswelle der Turbine einerseits und der Antriebswelle der Druckbeaufschlagungsvorrichtung anderer seits (beispielsweise hinsichtlich Drehzahl und/oder Druckbeaufschlagungsleis tung) können nachfolgende Leistungsübertragungselemente vorteilhaft verwendet werden, insbesondere: (1 ) Drehmomentwandler mit Durchschaltung (wie z.B. aus der Produktlinie Vosycon der Anmelderin) und/oder (2) hydrodynamische Kupplun gen (mit oder ohne Durchschaltung) (3) und diese in Kombination mit mechani schen Getriebestufen und/oder (4) Planentengetrieben (wie z.B. aus der Produktli nie Vorecon der Anmelderin, beispielsweise mit Anfahrkupplung). Die vorteilhafte Auswirkung auf Weiterbildungen der Erfindung für verschiedene dieser Elemente bzw. Kombinationen davon ist nachfolgend für unterschiedliche Ausführungen be schrieben.

Um beispielsweise eine Entkopplung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung von der Turbine beim Anfahren des Kraftwerks zu ermöglichen, weist gemäß einer Aus führung das Leistungsübertragungselement wenigstens ein hydrodynamisches Ge triebeelement auf.

Insbesondere weist das hydrodynamische Getriebeelement einen Drehmoment wandler und/oder eine hydrodynamische Kupplung, insbesondere, ggf. jeweils, mit einer Überbrückungskupplung, sprich mit einer Möglichkeit zur Durchschaltung, auf. Mit einer hydrodynamischen Kupplung kann über die Anpassung des Befül lungsgrads mit einem Arbeitsöl die Ausgangsdrehzahl an der Antriebswelle der Druckbeaufschlagungsvorrichtung beeinflusst werden. Mit einem Drehmoment wandler kann zudem das Ausgangsdrehmoment und damit die Verdichtungs und/oder Pumpleistung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung beeinflusst werden. Mit einer Überbrückungskupplung können eventuelle Verluste aus der hydrodyna mischen Kopplung der beiden Wellen minimiert oder vermieden werden.

Insbesondere zur stufenlosen Regelung der Drehzahl und/oder für die Möglichkeit der Entkopplung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung von der Abtriebswelle der Turbine weist gemäß einer Ausführung das hydrodynamische Getriebeelement ei nen, insbesondere stufenlos, regelbaren Befüllungsgrad mit einem Arbeitsöl auf.

Insbesondere um eine große Drehzahldifferenz zwischen einer Drehzahl der Ab triebswelle zu der Turbine einerseits und einer gewünschten Drehzahl der Antriebs welle der Druckbeaufschlagungsvorrichtung andererseits zu ermöglichen, weist ge mäß einer Ausführung das Leistungsübertragungselement wenigstens eine mecha nische Getriebestufe auf. Insbesondere weist die mechanische Getriebestufe eine Stirnradstufe und/oder eine Kegelradstufe und/oder ein Planetengetriebe auf, wo bei die Umsetzung der Getriebekombination zur Realisierung eines bestimmten Übersetzungs- oder Untersetzungsverhältnisses im Ermessen der Fachleute liegt.

Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines hydrodynamischen Getriebeelementes be steht darin, dass eine Entkoppelung der Arbeitsmaschine auch bei weiter-laufender Hauptturbine erfolgen kann und auch ein Überlastschutz realisierbar ist.

Gemäß einer Ausführung ist die Turbine, insbesondere die Hauptturbine, des Tur binenkraftwerks als Dampfturbine ausgebildet. Das (Dampfturbinen-)Kraftwerk ist dann zur Verbrennung eines Brennstoffes ausgebildet, der bei seiner Verbrennung ein Fluid, insbesondere Wasser, erhitzt und/oder unter Druck setzt, das als An triebsfluid der Turbine dient. Das Kraftwerk weist in dieser Ausführung eine Druck beaufschlagungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung auf, die dazu eingerichtet ist, Abgase, insbesondere Kohlenstoffdioxid, aus der Verbrennung des Brennstoffes mit einem Druck zu beaufschlagen, insbesondere zu komprimieren, insbesondere sodass zumindest ein Anteil der Abgase in einen flüssigen Zustand überführt wird.

Gemäß einer Ausführung ist die Turbine, insbesondere die Hauptturbine, des Tur binenkraftwerks als Gasturbine ausgebildet. Das (Gasturbinen-)Kraftwerk ist dann zur Verbrennung eines, insbesondere gasförmigen, Brennstoffs ausgebildet, der bei und/oder nach der Verbrennung als Antriebsfluid der Turbine dient.

Das Kraftwerk weist in dieser Ausführung eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung auf, die dazu eingerichtet ist, Abgase, ins besondere Kohlenstoffdioxid, aus der Verbrennung des Brennstoffs mit einem Druck zu beaufschlagen, insbesondere zu komprimieren, insbesondere sodass zu mindest ein Anteil der Abgase in einen flüssigen Zustand überführt wird.

Um eine direkte Drehmomentübertragung mit einer Möglichkeit zur Entkopplung zu verbinden, werden gemäß einer Ausführung die Abtriebswelle der Hauptturbine und die Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine mittels eines Leistungsübertra gungselements verbunden, insbesondere gekoppelt.

Die Möglichkeit zur Herstellung und/oder zur Entkopplung der Drehmomentübertra gung wird beispielsweise verwendet, wenn gemäß einer Ausführung die Verbin dung zwischen der Abtriebswelle und der Fluidarbeitsmaschine zum Anfahren des Kraftwerks gelöst und/oder bei Erreichen eines vorbestimmten Schließkriteriums, wie insbesondere einer Minimaldrehzahl der Abtriebswelle und/oder eines Mini maldrehmoments an der Abtriebswelle, hergestellt wird.

Um einen flexiblen Einsatz der Druckbeaufschlagungsvorrichtung zu ermöglichen, wird gemäß einer Ausführung eine Drehzahl der Fluidarbeitsmaschine und/oder ei ner Antriebswelle der Fluidarbeitsmaschine, insbesondere im Betrieb, an einen Flu- idarbeits-Bedarf, insbesondere an einen Verdichtungs- und/oder Pumpbedarf, der Druckbeaufschlagungsvorrichtung angepasst, insbesondere mittels wenigstens ei nes Leistungsübertragungselements, wie beispielsweise wenigstens einer Kupp lung und/oder wenigstens eines Getriebeelementes und/oder wenigstens einer Ge triebestufe. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

Fig. 1 zeigt ein Dampf-Turbinenkraftwerk mit einer Druckbeaufschlagungsvor richtung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Schemaansicht. Fig. 2 zeigt ein Gas-Turbinenkraftwerk mit einer Druckbeaufschlagungsvor richtung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Schemaansicht.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Detailansicht eine Reibkupplung als Leis tungsübertragungselement für eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einem Kraftwerk gemäß Fig. 1 oder einem Kraftwerk gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Detailansicht eine hydrodynamische Kupp lung als Leistungsübertragungselement für eine Druckbeaufschlagungs vorrichtung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in ei nem Kraftwerk gemäß Fig. 1 oder einem Kraftwerk gemäß Fig. 2.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Detailansicht einen hydrodynamischen

Drehmomentwandler mit einer Stirnradstufe als Leistungsübertragungs element für eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung nach einer beispiel haften Ausführung der Erfindung in einem Kraftwerk gemäß Fig. 1 oder einem Kraftwerk gemäß Fig. 2. Fig. 6 zeigt in einer schematischen Detailansicht ein Planetengetriebe als

Leistungsübertragungselement für eine Druckbeaufschlagungsvorrich tung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einem Kraft werk gemäß Fig. 1 oder einem Kraftwerk gemäß Fig. 2. Fig. 7 zeigt in einer schematischen Detailansicht eine Reihenschaltung einer hydrodynamischen Kupplung, eines hydrodynamischen Drehmoment wandlers und eines Planetengetriebes als Leistungsübertragungsele ment für eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung nach einer beispielhaf ten Ausführung der Erfindung in einem Kraftwerk gemäß Fig. 1 oder ei- nem Kraftwerk gemäß Fig. 2.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein als Dampfturbinenkraftwerk ausgebilde tes Turbinenkraftwerk 100 schematisch dargestellt. Das Dampfturbinenkraftwerk 100 ist zur Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs, wie beispielsweise Erdgas oder Methan, in einer Brennkammer 1 14 eingerichtet, wobei der Brennstoff bei- spielsweise aus einem Tank 102 zugeführt werden kann. In der Brennkammer 114 ist ein Wärmetauscher 1 16 eines Dampfkreislaufs 118 angeordnet, wobei die Ver brennungswärme des Brennstoffs einem Erhitzen und/oder Unter-Druck-setzen von Wasser in den Dampfkreislauf 1 18 dient.

Das Dampfturbinenkraftwerk 100 weist eine Dampfturbine 1 10 mit einem Hoch- druck-Dampfexpander 104 und zwei Niederdruck-Dampfexpandern 106 und 108 auf, an denen sich der mit der Verbrennungswärme beaufschlagte Dampf entspan nen und dabei die Expander mit einer Drehbewegung beaufschlagen kann. Nach der Expansion des Dampfes sammelt sich dieser in einem Kondensator 120. Aus dem Kondensator 120 kann dem Wärmetauscher 1 16 erneut Wasser zu verdamp- fen zugeführt werden.

Die Expander 104, 106 und 108 bilden gemeinsam die Dampfturbine 1 10 aus und sind dazu eingerichtet, insbesondere durch die Expansion des Dampfers an den Expandern, eine gemeinsame Abtriebswelle 112 anzutreiben. Die Abtriebswelle 112 ist mit einem Generator 122 zur Drehmomentübertragung verbunden. Der Generator 122 ist zur Umwandlung eines an der Abtriebswelle 112 anliegenden Drehmoments in elektrische Energie eingerichtet. Beispielsweise kann die Anordnung der Dampfturbine 110 und des Generators 122 in Form einer inte grierten Generator-Turbinen-Einheit 124 (auch als Generatorturbinensatz bezeich net) bereitgestellt werden.

Das Kraftwerk 100 weist zudem eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung 2 für Ab gase aus der Brennkammer 1 14 auf, wobei die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 2 zumindest eine (im Ausführungsbeispiel) als Verdichter ausgebildete Fluidarbeits maschine 4 zur Verdichtung gasförmiger Anteile der Abgase aus der Brennkammer 114 aufweist.

Die Fluidarbeitsmaschine 4 weist eine Antriebswelle 6 auf, die dazu eingerichtet ist, mit der Abtriebswelle 112 der Dampfturbine 1 10 zur Drehmomentübertragung mit tels eines Leistungsübertragungselements 8 gekoppelt (d. h. verbunden) zu wer den.

Die Fluidarbeitsmaschine 4 kann im Betrieb zugeführte Abgase aus einer Abgas führung 10 komprimieren (und dabei gegebenenfalls verflüssigen) und einer Ein richtung 12 zum Abscheiden von Kohlenstoffdioxid aus den komprimierten Abga sen zu führen. Das abgeschiedene Kohlenstoffdioxid kann anschließend beispiels weise in eine geeignete Lagerstätte 14 verpresst werden, insbesondere mittels ei nes CCS-Prozesses.

Durch die Kopplung der Abtriebswelle 1 12 und der Antriebswelle 6 mittels des Leis tungsübertragungselemente 8 kann eine für einen CCS-Prozess benötigte Verdich terleistung ohne Transformationsverluste und zusätzlich ohne eine rein proportio nale Abhängigkeit der Verdichterleistung von der T urbinenleistung aufgebracht werden.

In der Fig. 2 ist ein Turbinenkraftwerk 200 schematisch dargestellt, das sich von dem Kraftwerk 100 gemäß Fig. 1 insbesondere darin unterscheidet, dass es als Gasturbinenkraftwerk ausgebildet ist. Die Antriebsenergie wird also nicht mittelbar über einen Dampfkreislauf aufgebracht; vielmehr wird die Gasturbine 210 direkt mit den Verbrennungsabgasen aus der Verbrennung des Brennstoffs beaufschlagt.

Dazu weist die Gasturbine 210 einen Luftverdichter 204 zum Verdichten von Luft, beispielsweise Luft aus der Umgebung 203, auf, wobei der Brennstoff beispiels weise aus einem Tank 202 in eine Brennkammer 214 zugeführt werden kann, ins besondere unter Druck eingespritzt oder eingesprüht werden kann. Die verdichtete Luft wird ebenfalls der Brennkammer 214 zugeführt, sodass das in der Brennkam mer 214 entstehende, verdichtete Gemisch anschließend entzündet und auf zwei Expander 206 und 208 der Gasturbine 210 geleitet werden kann.

Die beiden Expander 206 und 208 sind drehfest mit einer Abtriebswelle 212 der Gasturbine 210 verbunden, die einen Generator 222 antreiben kann. Beispiels weise kann die Anordnung der Gasturbine 210 und des Generators 222 in Form ei ner integrierten Generator-Turbinen-Einheit 224 bereitgestellt werden.

Auch das Kraftwerk 200 weist zudem eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung 2 für Abgase auf. Die Druckbeaufschlagungsvorrichtung 2 unterscheidet sich im Ausfüh rungsbeispiel nicht von der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 2 gemäß Fig. 1. Le diglich werden die Abgase von den Auslässen der Expander 206, 208 aus in einer Abgasführung 10 zugeführt, anstatt aus der Brennkammer 1 14.

Auch im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weist die Fluidarbeitsmaschine 4 daher eine Antriebswelle 6 auf. Diese ist dazu eingerichtet, mit der Abtriebswelle 212 der Dampfturbine 210 zur Drehmomentübertragung mittels eines Leistungsübertra gungselements 8 gekoppelt (d. h. verbunden) zu werden.

Durch die Verwendung unterschiedlicher Leistungsübertragungselemente 8 können gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungen der Erfindung unterschiedliche weitere Vorteile realisiert werden. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in den nachfolgend beschriebenen Figuren 3 bis 7 dargestellt. Die dort dargestellten, vor- teilhaft zu verwendenden Leistungsübertragungselemente 8 können jeweils unab hängig davon Verwendung finden, ob sie bei einem Dampfturbinenkraftwerk 100 gemäß Fig. 1 oder bei einem Gasturbinenkraftwerk 200 gemäß Fig. 2 eingesetzt werden. Dementsprechend sind die Fig. 3 bis 7 so zu verstehen, dass sie sowohl das Detail I - I aus Fig. 1 als auch das Detail II - II aus Fig. 2 zeigen können.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist das Leistungsübertragungselement 8 als ein fache Reibkupplung 30 - nötigenfalls mit einer ausreichenden, nicht dargestellten Flüssigkeitskühlung - ausgeführt. Die Reibkupplung 30 weist eine Kupplungs scheibe 31 sowie ein Schließelement 32 auf. Beispielsweise zum Anfahren des Turbinenkraftwerks 100 bzw. 200 kann das

Schließelement 32 in eine offene Stellung geschalten werden, sodass die Antriebs welle 6 der Fluidarbeitsmaschine 4 von dem Drehmoment der Abtriebswelle 1 12 bzw. 212 des Kraftwerks entkoppelt bleibt. So kann das Kraftwerk 100 bzw. 200 schnell hochfahren, ohne beim Hochfahren die Fluidarbeitsmaschine 4 mitziehen zu müssen.

Bei Erreichen eines Schließkriteriums, hier einer Arbeitsdrehzahl der Abtriebswelle 112, 212, kann das Schließelement 32 in eine geschlossene Stellung geschalten werden, sodass das Drehmoment der Abtriebswelle 1 12 bzw. 212 an der Antriebs welle 6 der Fluidarbeitsmaschine 4 anliegt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 kann auch eine teilweise geschlossene Stellung des Schließelements 32 vorgesehen sein, sodass die Antriebswelle 6 mit einem gewissen Schlupf bezüglich der Abtriebswelle 1 12 bzw. 212 dreht. Auf diese Weise kann eine Drehzahlvariation der Antriebswelle 6 erreicht werden und damit die Ver dichterleistung in einem bestimmten Drehzahlbereich angepasst werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist das Leistungsübertragungselement 8 als hyd rodynamische Kupplung 40 ausgebildet. Die hydrodynamische Kupplung 40 weist ein Gehäuse 41 auf, welches mit einem Arbeitsöl gefüllt ist. Mittels des Arbeitsöls kann Drehmoment von einem Pumpenrad 42, das mit der Abtriebswelle 1 12 bzw. 212 drehfest verbunden ist, auf ein Turbinenrad 43, das mit der Antriebswelle 6 drehfest verbunden ist, übertragen werden.

Das Drehzahlverhältnis zwischen der Abtriebswelle 112 bzw. 212 einerseits und der Antriebswelle 6 lässt sich unter anderem durch einen Befüllungsgrad des Ge häuses 41 mit dem Arbeitsöl regeln. Je höher der Befüllungsgrad mit Arbeitsöl ist, desto höher ist die Drehzahl der Antriebswelle 6. Der Befüllungsgrad mit Arbeitsöl kann beispielsweise mittels eines verstellbaren Schöpfrohres 44 eingestellt werden.

Eine identische Drehzahl der Wellen 1 12 bzw. 212 einerseits und 6 andererseits kann mittels einer Überbrückungskupplung 45 zum mechanischen Durchschalten der hydrodynamischen Kupplung 40 erreicht werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 weist das Leistungsübertragungselement 8 in Reihe geschaltet einen hydrodynamische Drehmomentwandler 50 und eine Stirn radstufe 51 auf.

Der hydrodynamische Drehmomentwandler 50 weist neben einem Pumpenrad 52 und einem Turbinenrad 53 Leitschaufeln 54 auf. Je nach Einstellung der Leitschau feln 54 wird das T urbinenrad 53 langsamer oder schneller von einem Arbeitsöl an geströmt, sodass auf diese Weise die übertragene Drehzahl variierbar ist. Damit kann die verfügbare Verdichterleistung der Fluidarbeitsmaschine 4 in einem be stimmten Drehzahlbereich stufenlos angepasst werden.

Der hydrodynamische Drehmomentwandler 50 weist zudem noch eine Überbrü ckungskupplung 55 auf, mittels der die Wellen 1 12 bzw. 212 einerseits und 6 ande rerseits mechanisch drehfest aneinander gekoppelt werden können.

Die Stirnradstufe 51 dient hingegen einer Anpassung einer Regeldrehzahl zum Be trieb der Fluidarbeitsmaschine 4. Je nach Durchmesserverhältnis der beiden Stirn räder 56 und 57 kann die Drehzahl an der Ausgangsseite des Drehmomentwandler 50 übersetzt oder untersetzt werden, je nach Anforderung der Fluidarbeitsma schine 4. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 weist das Leistungsübertragungselement 8 ein als Planetengetriebe ausgeführtes Umlaufgetriebe 60 auf. Das Umlaufgetriebe 60 weist ein Sonnenrad 61 auf, das drehfest mit der Abtriebswelle 1 12 bzw. 212 ver bunden ist. Um das Sonnenrad 61 herum sind Planeten 62 angeordnet, wobei der Planetenträger 63 mittels einer lösbaren Planeten-Kupplung 64 zur Drehung freige geben oder festgelegt werden kann. Um die Planeten 62 ist ein Hohlrad 65 ange ordnet, welches mittels einer Hohlrad-Kupplung 66 zur Drehung freigegeben oder festgelegt werden kann. Das Hohlrad ist drehfest mit der Antriebswelle 6 der Flu idarbeitsmaschine 4 verbunden. Beispielsweise kann zum Anfahren des Kraftwerks 100 bzw. 200 die Abtriebswelle 112 bzw. 212 von der Fluidarbeitsmaschine entkoppelt werden, indem die Hohlrad- Kupplung 66 in einen geschlossenen Zustand und die Planeten-Kupplung 64 in ei nen geöffneten Zustand geschalten wird. Auf diese Weise dreht die Abtriebswelle 112 bzw. 212 lastlos die Planeten 62, während das Hohlrad und damit die Antriebs- welle 6 gegen Drehung festgelegt sind.

Wenn das Kraftwerk einmal angefahren ist, kann die Hohlrad-Kupplung 66 gelöst werden. Dann - im normalen Betrieb - sind über ein Öffnen oder Schließen der Planeten-Kupplung 64 zumindest 2 Drehzahlstufen für die Antriebswelle 6 und da mit die Fluidarbeitsmaschine 4 schaltbar. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 weist das Leistungsübertragungselement 8 eine in einem Gehäuse integrierte Kombination mehrerer Getriebeelemente zu einem regelbaren Getriebe 70 auf. Derartige integrierte regelbare Getriebe 70 werden un ter dem Markennamen VORECON ^® von der Anmelderin vertrieben.

Bei dem Getriebe 70 in Fig. 7 sind in Reihe eine hydrodynamische Kupplung 71 (beispielsweise wie die Kupplung 40 aus Fig. 4), ein hydrodynamischer Drehmo mentwandler 72 (beispielsweise wie der Wandler 50 aus Fig. 5), ein stationäres Planetengetriebe 73 und ein als Planetengetriebe ausgebildetes Umlaufgetriebe 74 geschaltet. Beispielsweise zum Anfahren des Kraftwerks 100 bzw. 200 ist die hydrodynami sche Kupplung 71 entleert und seine Überbrückungskupplung geöffnet. Die Ab triebswelle 1 12 bzw. 212 einerseits und Antriebswelle 6 andererseits sind entkop pelt; der Hochlauf des Kraftwerks 100 bzw. 200 kann nahezu lastlos erfolgen.

Die hydrodynamische Kupplung 71 wird nach Hochlauf des Kraftwerks 100 bzw.

200 mit Arbeitsöl befüllt und überträgt Leistung. Die Fluidarbeitsmaschine 4 be schleunigt dabei sanft auf eine Minimaldrehzahl.

Die Überbrückungskupplung schließt anschließend und überbrückt die hydrodyna mische Kupplung 71. Die Drehzahlregelung der Fluidarbeitsmaschine 71 erfolgt dann durch die verstellbaren Leitschaufeln im Drehmomentwandler 72.

Die Abtriebswelle 112 bzw. 212 ist mit dem Hohlrad des Umlaufgetriebes 74 ver bunden. Ein Großteil der Eingangsleistung wird dadurch direkt mechanisch und na hezu verlustfrei auf das Umlaufgetriebe 74 übertragen.

Zusätzlich ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 72 mit der Abtriebswelle 112 bzw. 212 gekoppelt. Das Pumpenrad des Drehmomentwandlers ist mit der Ab triebswelle 1 12 bzw. 212 verbunden und zweigt einen geringen Teil der Eingangs leistung ab.

Ein Arbeitsöl-Strom überträgt diese abgezweigte Leistung vom Pumpenrad auf das Turbinenrad des Drehmomentwandlers 72 (hydrodynamische Leistungsübertra gung). Die abgezweigte Leistung gelangt über das Turbinenrad zum Planetenträger des Planetengetriebes, wobei zur Anpassung einer Grunddrehzahl das stationäre Planetengetriebe 73 vorgesehen ist, in dem die Planeten eine Stirnradstufe aufwei sen.

Die Leistung aus dem Hohlrad und die Leistung aus dem Planetenträger addieren sich im Umlaufgetriebe 74. Die Planetenräder übertragen die summierte Leistung auf das Sonnenrad, die Antriebswelle 6 und schließlich auf die Fluidarbeitsma schine 4. Verstellbare Leitschaufeln im Drehmomentwandler 72 steuern den Arbeitsöl-Strom und bestimmen die Drehzahl des Turbinenrads. Damit lässt sich die Drehzahl der Fluidarbeitsmaschine 4 in einem gewissen Drehzahlbereich stufenlos einstellen.

BEZUGSZEICHENLISTE

2 Druckbeaufschlagungsvorrichtung

4 Fluidarbeitsmaschine

6 Antriebswelle

8 Leistungsübertragungselement

10 Abgasführung

12 Kohlenstoffdioxid-Abscheidungs-Einrichtung 14 Kohlenstoffdioxid-Lagerstätte

30 Reibkupplung

31 Kupplungsscheibe

32 Schließelement

40 hydrodynamische Kupplung

41 Gehäuse

42 Pumpenrad

43 Turbinenrad

44 Schöpfrohr

45 Überbrückungkupplung

50 hydrodynamischer Drehmomentwandler

51 Stirnradstufe

52 Pumpenrad

53 Turbinenrad

54 Leitschaufeln

55 Überbrückungskupplung

56, 57 Stirnräder

60 Umlaufgetriebe, insbesondere Planetengetriebe 61 Sonnenrad

62 Planeten

63 Planetenträger

64 Planeten-Kupplung 65 Hohlrad

66 Hohlrad-Kupplung

70 regelbares Getriebe

71 hydrodynamische Kupplung

72 hydrodynamische Drehmomentwandler

73 stationäres Planetengetriebe

74 Umlaufgetriebe 100 Dampfturbinenkraftwerk

102 Brennstofftank

104 Hochdruck-Dampfexpander

106, 108 Niederdruck-Dampfexpander

110 Dampfturbine

112 Abtriebswelle

114 Brennkammer

116 Wärmetauscher

118 Dampfkreislauf

120 Kondensator

122 Generator

124 T urbinen-Generator-Einheit

200 Gasturbinenkraftwerk

202 Brennstofftank

203 Umgebung(-sluft)

204 Gemischverdichter

206, 208 (Gas-)Expander

210 Gasturbine

212 Abtriebswelle

214 Brennkammer

222 Generator

224 T urbinen-Generatoreinheit