Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kombinierten Gasturbinen/Dampfturbinenprozess mit zusätzlicher Einbringung von thermischer Energie, insbesondere solarthermischer Energie, für die Erzeugung von technischer Arbeit bzw. Strom.

Hintergrund der Erfindung

Übliche Anlagen mit kombiniertem Gasturbinen/Dampfturbinenprozess arbeiten nach einem zweistufigen wärmetechnischen Verfahren zur Gewinnung von technischer Arbeit und im weiteren Sinne zur Stromgewinnung. Die primäre Stromgewinnung (technische Arbeit) erfolgt über einen offenen Gasturbinenprozess und die sekundäre Stromgewinnung (technische Arbeit) über einen nachgeschalteten Dampfturbinenprozess mit Wärmeentnahme aus dem Abgasstrom der Gasturbinenanlage. Nachteilig ist, dass der Gasturbinenprozess auf hoher Temperatur (Gaseintrittstemperatur in Turbinenbeschaufelung > 1250 ⁰ C) betrieben werden muss, da das Abgas ansonsten auf relativ niedrige Temperaturen absinkt und nicht mehr effizient für den Dampfturbinenprozess genutzt werden kann. Die Beheizung der Gesamtanlage erfolgt in einer den Turbinenstufen vorgeschalteten Brennkammer über hochwertige fossile Brennstoffe ohne Aschebildung. Druckverluste im Wärmetauscher zur Wärmeauskopplung führen zu merkbaren Leistungsverlusten der Gesamtanlage. Eine Teillastauskopplung oder das Wegschalten der Wärmeauskopplung für den Dampfprozess ist quasi unmöglich, da dann die Gesamtanlageneffizienz entsprechend niedrig wird. Kurzdarstellung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung mag es sein eine Gasturbinenanlage mit variabler Wärmeauskopplung für einen Dampfturbinenprozess bis hin zur Wegschaltung des Dampfkreises effizient betreiben zu können. Die Wärmeauskopplung mag hierbei nur für die teilweise Beheizung des Dampfturbinenprozesses dienen und es mag optional eine Kombination mit mindestens einer weiteren Wärmequelle wie zum Beispiel einer solaren Wärmeeinbringung vorgesehen sein.

Diese Aufgabe mag durch die gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst werden. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung wird eine gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage geschaffen, welche eine Gasturbinenanlage mit einer Hauptgasturbineneinheit und einer Endexpansionsstufe, eine Dampfturbinenanlage und einen

Kopplungswärmetauscher aufweist, wobei dieser Wärmetauscher zwischen der Hauptgasturbineneinheit und der Endexpansionsstufe angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass er der Dampfturbinenanlage thermische Energie zur Verfügung stellt.

Insbesondere mag die gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage einen Wärmetauscher aufweisen, welcher primärseitig von Rauchgas aus der Gasturbinenanlage oder dem Gasturbinenkreis durchströmt wird. Insbesondere mag die Hauptgasturbineneinheit die Turbineneinheit sein, welche im Hochdruckteil der Gasturbinenanlage angeordnet ist, d.h. sie mag das unter Hochdruck befindliche Gas, Luft bzw. Rauchgas, über ein- oder mehrere Expansionsstufen auf einen Zwischendruck entspannen, wohingegen die Endexpansionsstufe das Rauchgas von dem Zwischendruck auf Niederdruck, z.B. atmosphärischen Druck oder Außendruck entspannt. D.h. die Endexpansionsstufe mag im

Niederdruckteil der Gasturbinenanlage angeordnet sein. Insbesondere mag der Kopplungswärmetauscher die Gasturbinenanlage und die Dampfturbinenanlage miteinander zusammenschalten, z.B. mag er verwendet werden, die Dampfturbinenanlage zu beheizen. Mit anderen Worten mag der Wärmetauscher im Abgasstrom, ob Luft oder Rauchgas, der Hauptgasturbineneinheit angeordnet sein und mag eine Wärmeauskopplung aus dem Abgasstrom der Hauptgasturbineneinheit bereitstellen.

Ein wesentlicher Vorteil der speziellen Gasturbinenverschaltung mit der hier genannten Wärmeauskopplung für den Dampfturbinenprozess mag dadurch gegeben sein, dass die Temperatur nach Austritt aus der Hauptgasturbinenanordnung um einiges höher ist als bei Anlagen mit Wärmeauskopplung nach Austritt aus der letzten Turbinenstufe. Dies mag es ermöglichen einen hocheffizienten Dampfturbinenprozess zu betreiben. Ein weiterer Vorteil mag sich dadurch ergeben, dass Druckverluste im Kopplungswärmetauscher aufgrund des erhöhten Druckniveaus im Gasstrom nur unmerklich zu Leistungsminderungen im Gasturbinenprozess führen und damit verbunden kompakte Wärmetauscher mit hohem Übertragungsgrad eingesetzt werden können.

Geringe Wärmeentnahme mit herabgesetzter Dampfüberhitzung oder das gänzliche Wegschalten des Dampfkreises mag zu keiner maßgeblichen Effizienzminderung des Gasturbinenprozesses führen, da die Wärmerückführung im Gegenzug höher wird und bei konstant gehaltener Turbineneintrittstemperatur weniger Brennstoff eingesetzt werden muss. Die Last der Wärmeauskopplung mag somit über die Brennstoffzufuhr geregelt sein, ohne dass die Strömungsparameter für die Gasturbinenstufen entscheidend verändert werden. Die Wärme- auskopplung dient vorwiegend zur Überhitzung des Rücklaufkondensates aus dem Dampfturbinenkreislauf.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage weist die Dampfturbinenanlage eine zusätzliche Heizeinrichtung auf. Insbesondere mag die zusätzliche

Heizeinrichtung über Solarenergie gespeist werden, jedoch können auch minderwertige Brennstoffe wie beispielsweise Biomasse verwendet werden.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage ist der Kopplungswärmetauscher derart eingerichtet, dass er Dampf der Dampfturbinenanlage überhitzt, und/oder die zusätzliche Heizeinrichtung ist eingerichtet, Kondensat zu verdampfen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage weist die Dampfturbinenanlage ferner einen zweiten Wärmetauscher auf, welcher zwischen Dampfturbine und Kondensationseinheit geschaltet ist. Insbesondere mag dieser Wärmetauscher eingerichtet sein, Wärme in ein Hochdruckkondensat rückzuführen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage ist der Kopplungswärmetauscher ferner eingerichtet, ein Kondensat zu verdampfen. Insbesondere mag dieser Wärmetauscher eingerichtet sein Kondensat der Dampfturbinenanlage zu verdampfen.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage ist der Wärmetauscher dem

Kopplungswärmetauscher nachgeschaltet und ist derart eingerichtet, einem Hochdruckbereich der Gasturbinenanlage Wärme zuzuführen. Insbesondere mag der Wärmetauscher einer Wärmerückführung dienen und/oder mag dazu dienen das Gas, welches dem Hochdruckbereich der Hauptgasturbineneinheit zugeführt wird, und/oder die hochkomprimierte Luft nach Austritt aus der Kompressoreinheit vorzuheizen und/oder zu heizen. Gemäß dem maßgeblichen Einsatz des Wärmetauschers zur Erhitzung von hochkomprimierter Luft kann dieser auch Lufterhitzer genannt werden. Beispielsweise mag der Lufterhitzer der Endexpansionsstufe vorgeschaltet sein.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage weist die Gasturbinenanlage ferner eine Verzweigung auf, welche zwischen dem Kopplungswärmetauscher und dem Lufterhitzer angeordnet ist und welche derart eingerichtet ist, dass ein Teil eines Gasstroms, welcher den Wärmetauscher verlässt, den Lufterhitzer umgeht. Insbesondere mag die Verzweigung derart eingerichtet sein, dass ein Teil des Gasstroms unter Umgehung des Lufterhitzers direkt der Expansionsstufe zugeführt wird, während ein anderer Teil des Gasstroms dem Lufterhitzer zugeführt wird.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage ist die gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage derart eingerichtet, dass die Dampfturbinenanlage inaktiv geschaltet wird, wenn ein Wärmeeintrag durch die zusätzliche Heizeinrichtung unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt. Insbesondere mag die Inaktivierung der Dampfturbinenanlage dadurch erreicht werden, dass der Dampfturbinenanlage keine Energie mehr mittels des Kopplungswärmetauschers zugeführt wird. In anderen Worten mag der Dampfturbinenkreisprozess weggeschaltet oder inaktiviert werden.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage weist die Gasturbinenanlage ferner eine Heizeinrichtung auf, welche der Hauptturbineneinheit vor- und/oder nachgeschaltet ist. Insbesondere mag die Heizeinrichtung zwei Teilheizeinrichtungen aufweisen, wobei eine der Hauptturbineneinheit vorgeschaltet ist und die zweite der Hauptturbineneinheit nachgeschaltet ist.

Ein für die Wärmeauskopplung in einer gekoppelten Gas- und Dampfturbinenanlage gemäß einem exemplarischen Aspekt der Erfindung möglicher Gasturbinenprozess wird nachfolgend kurz beschrieben. Die Gasturbinenanlage weist eine Hauptgasturbinenanordnung mit ein oder mehreren Expansionsstufen im Hochdruckteil und einer Endexpansionsstufe im Niederdruckteil sowie eine Einrichtung zur Wärmerückführung bzw. Vorwärmung oder Beheizung der hochkomprimierten Luft aus der Kompressoreinheit auf. Die Einrichtung zur Verbrennung von fossilen oder biogenen Brennstoffen ist entweder den Expansionsstufen im Hochdruckteil der Anlage vorgelagert oder liegt nachgeschalten. Bei nachgeschalteter Brennkammer werden die Expansionsstufen des Hochdruckteils ausschließlich mit erhitzter Luft durchströmt. Die Erhitzung der Luft erfolgt über einen kuperativen Wärmetauscher, dem Lufterhitzer, welcher primärseitig von Rauchgas mit hoher Temperatur durchströmt wird. Durch die den Expansionsstufen im Hochdruckteil nachgeschalteten Einrichtung zur Verbrennung wird erreicht, dass die bei hoher Temperatur durchströmten Beschaufelungen von schädigenden Einflüssen aschehaltiger Rauchgase aus minderwertigen Brennstoffen fern gehalten werden. Die Expansionsstufen im Niederdruckteil werden sowohl bei vor- als auch nachgeschalteter Brennkammer von Rauchgas durchströmt.

Es hat sich gezeigt, dass dieser Gasturbinenprozess sehr gut für die variable Wärmeauskopplung geeignet ist. Die Wärmeauskopplung erfolgt hierbei aus dem Gasstrom nach Austritt aus der Hauptgasturbineneinheit auf mittlerem Druckniveau. Unter speziellen Bedingungen ist diese Wärmeauskopplung nicht nur für die Beheizung von thermischen Netzen, sondern für Prozesse zur weiteren Gewinnung von technischer Arbeit bzw. Strom, insbesondere für die Beheizung von

Dampfturbinenprozessen, sehr interessant. Voraussetzung für einen effizienten Kombiprozess mag insbesondere sein, dass die Hochtemperaturwärme aus dem Gasturbinenprozess weitgehend zur Dampfüberhitzung genutzt wird. Um den Gesamtprozess sinnvoll zu betreiben sollte somit eine weitere Wärmequelle in den Dampfkreislauf zugeschaltet werden, die den Niedertemperaturbereich der Kondensatvorwärmung und Verdampfung übernimmt. Besonders wirtschaftlich ist die Gesamtanlage dann zu betreiben, wenn die zusätzliche Wärme aus minderwertigen Brennstoffen, Abwärme von vorgelagerten thermischen Prozessen oder aus Solarenergie stammt.

Ein wichtiges Ziel eines exemplarischen Aspekts der vorliegenden Erfindung mag sein, eine Gasturbinenanlage mit Wärmeauskopplung für einen Dampfturbinenprozess, welcher im Niedertemperaturbereich vorwiegend über solarthermische Energie beheizt wird, effizient betreiben zu können.

Hierzu wird aus einer speziellen Gasturbinenanordnung mit einer Hauptgasturbinenanordnung mit ein oder mehreren Expansionsstufen im Hochdruckteil sowie einer Expansionsstufe im Niederdruckteil und einer Einrichtung zur Wärmerückführung Wärme ausgekoppelt, wobei die Wärmeauskopplung aus dem Gasstrom nach Austritt aus der Hauptgasturbineneinheit erfolgt und zur Beheizung eines Dampf- turbinenprozess dient, welcher zusätzlich über eine weitere Heizeinrichtung für den Niedertemperaturbereich beheizt wird.

Ein wesentlicher Vorteil dieser speziellen Gasturbinenverschaltung mit der hier genannten Wärmeauskopplung für den Dampfturbinenprozess mag dadurch gegeben sein, dass die Temperatur nach Austritt aus der Hauptgasturbinenanordnung um einiges höher ist als bei bekannten Anlagen mit Wärmeauskopplung nach Austritt aus der letzten Turbinenstufe. Dies ermöglicht einen hocheffizienten Dampfturbinenprozess zu betreiben. Ein weiterer Vorteil mag sich dadurch ergeben, dass Druckverluste im Wärmetauscher aufgrund des erhöhten Druckniveaus im Gasstrom nur unmerklich zu Leistungsminderungen im Gasturbinenprozess führen und damit verbunden kompakte Wärmetauscher mit hohem Übertragungsgrad eingesetzt werden können. Besonders vorteilhaft in Kombination mit solarer Wärmeeinbringung mag sein, dass die Gasturbinenanlage auch bei Wegfall der Wärmeauskopplung oder bei reduzierter Wärmeentnahme effizient betrieben werden kann.

Geringe Wärmeentnahme mit herabgesetzter Dampfüberhitzung oder das gänzliche Wegschalten des Dampfkreises mag zu keiner maßgeblichen Effizienzminderung des Gasturbinenprozesses führen, da die Wärmerückführung im Gegenzug höher wird und bei konstant gehaltener Turbineneintrittstemperatur weniger Brennstoff eingesetzt werden muss. Die Last der Wärmeauskopplung mag somit über die Brennstoffzufuhr geregelt werden, ohne dass die Strömungsparameter für die Gasturbinenstufen entscheidend verändert werden. Die Wärmeauskopplung dient vorwiegend zur Überhitzung des Rücklaufkondensates aus dem Dampfturbinenkreislauf. Um die Dampfturbine nicht allzu starken Lastschwankungen aus dem Solarkreis zu unterwerfen, bietet sich die Möglichkeit auch Kondensat über die Wärmeauskopplung aus dem Gasturbinenkreis zu verdampfen. Dies sollte aber vorzugsweise nur in geringem Ausmaß erfolgen, sofern für die Beheizung der Gasturbinenanlage kostspielige Brennstoffe eingesetzt werden, da die Exergie der eingebrachten Wärme im Temperaturbereich der Kondensatverdampfung (~ 200 ⁰ C) naturgemäß niedrig ist. Idealerweise ist die Dampfturbine über ein moderates Leistungsband regelbar.

Mit der Strategie, die Temperatur im Solarkreis auf niedrige Temperaturen einzugrenzen und kombiniert fossile und/oder biogene Energieträger einzusetzen mag eine effiziente Wärmeeinbringung über die Solarkollektoren zu erreichen sein. Die Verdampfung kann nun direkt in den Kollektoren stattfinden, oder erfolgt über zwischengeschaltete Speichermedien. Die Kondensationswärme aus dem Dampfturbinenkreislauf kann bei entsprechendem Gegendruck natürlich auch noch an Heizungsnetze weitergegeben werden oder als

Prozesswärme beispielsweise für Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt werden. Mit „niedriger Temperatur" im Solarkreis ist vor allem die Verdampfungstemperatur im Dampfturbinenprozess gemeint. Um nicht allzu hohe Drücke in den Solarkollektoren zu erreichen und um eine hohe Wärmeeinbringung zu erreichen, werden moderate Verdampfungstemperaturen um die 200 ⁰ C in Betracht gezogen.

Figurenkurzbeschreibung

Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage mit

Wärmeauskopplung für einen Dampfturbinenprozess nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines hier zur Anwendung kommenden Gasturbinenprozesses mit einer vorgeschalteten Brennkammer, einer nachgeschalteten Brennkammer und der Ankopplung des Dampfturbinenprozesses über den Kopplungswärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines hier zur Anwendung kommenden Gasturbinenprozesses mit einer nachgeschalteten Brennkammer, einer speziellen Wärmeauskopplung über den Kopplungswärmetauscher und einer zusätzlichen Einrichtung zur Verzweigung des Gasstroms. Ausführliche Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden mit Bezug auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei gleiche oder ähnliche Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage mit Wärmeauskopplung für einen Dampfturbinenprozess nach dem Stand der Technik. Hierbei wird Luft über eine Kompressoreinheit 1 komprimiert und in einer Brennkammer 4 zu Rauchgas mit hoher Temperatur umgewandelt, welches anschließend über Expansionsstufen 5, 6 der Gasturbinenanordnung auf Außendruck entspannt wird. Im Abgasstrom der Gasturbine ist nun primärseitig ein Wärmetauscher 7 für die Beheizung des Dampfturbinenprozesses angeordnet. Der

Dampfturbinenprozess ist ein geschlossener Kreislauf, welcher im Sekundärkreis des Wärmetauschers 7 beheizt wird. Der Dampfturbinenprozess findet in einer Dampfturbinenanlage statt, welche eine Dampfturbineneinheit 8 aufweist, der eine Kondensationseinheit 9 nachgeschaltet ist. Ferner weist der Dampfturbinenprozess eine Pumpe 10 auf, welche das Kondensat in eine Kondensatsammlungseinheit 12 weiterleitet. Das Kondensat in der Kondensatsammlungseinheit 12 wird dann zumindest teilweise verdampft und dem Wärmetauscher 7 zugeführt. In der Grundlast (keine Solarbeheizung) wird die komplette Verdampfung und Überhitzung über die Wärmeauskopplung aus dem

Gasturbinenkreis bewerkstelligt. Bei Zuschaltung von solarer Heizenergie 13 zur Kondensatverdampfung muss die Leistung der Dampfturbine 8 über den zunehmenden Massendurchsatz gesteigert werden, da die Wärmeauskopplung aus dem Abgas weiterhin höchstmöglich sein soll. Ein Wegschalten des Dampfturbinenprozesses ist nicht sinnvoll, da die Wärme des Abgases noch hohe Exergie beinhaltet. Der solare Energieanteil ist somit stark vom Regelverhalten der Dampfturbine abhängig und sehr eingeschränkt. Die Leistungsabgabe der Dampfturbine ist im Verhältnis der Wärmeentnahme aus dem Abgas relativ niedrig, da auch bei solarer Verdampfungsunterstützung noch ein Großteil der Verdampfung über die Wärmeauskopplung 7 erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinenprozesses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für eine gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage. Die Gasturbinenanlage weist eine

Kompressoreinheit 1 auf, mittels welcher Luft oder Gas komprimiert wird, welches dann einem Wärmetauscher 2 zugeführt wird, in welchen das Gas einer ersten Erwärmung unterzogen wird. Das vorgewärmte Gas wird dann einer vorgeschalteten Brennkammer 4 zugeführt und zu Rauchgas verwandelt, bevor es dann einer Hauptgasturbineneinheit 5 zugeführt wird und einer ersten Expansion unterzogen wird. Das auf einen Zwischendruck expandierte Rauchgas wir dann einem zweiten Wärmetauscher 7 zugeführt, welcher dem expandierten Rauchgas Wärme entzieht. Das abgekühlte Rauchgas wird einer zweiten nachgeschalteten Brennkammer 3 zuführt, in welcher eine weitere Verbrennung mit Erhitzung stattfindet. Das wieder erhitzte Rauchgas wird dann dem Wärmetauscher 2 zugeführt und dient der oben genannten Vorwärmung der zuströmenden Luft (Gas) nach Austritt aus der Kompressoreinheit. Nachfolgend wird das Rauchgas einer zweiten Expansionsstufe 6 mit Entspannung auf Niederdruck bzw. Aussendruck zugeführt.

Die Dampfturbinenanlage, in welcher der Dampfturbinenprozess stattfindet, ist ähnlich dem oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen. Der Wärmeeintrag zur Dampfüberhitzung für den geschlossenen Dampfturbinenprozess findet primär durch den Wärmetauscher 7 statt. Der überhitzte Dampf wird vom Wärmetauscher 7 zu einer Dampfturbineneinheit 8 geleitet, welcher eine Kondensationseinheit 9 nachgeschaltet ist. Das Kondensat aus der Kondensationseinheit 9 wird dann über eine Pumpe 10 auf Hochdruck gebracht und in eine Kondensatsammlungseinheit 12 geleitet. Das gesammelte Kondensat wird einer zusätzlichen Heizeinrichtung 13 zugeführt, welche beispielsweise solar betrieben wird, jedoch kann diese zusätzliche Heizeinrichtung mit einer Vielzahl von Energieträgern, auch minderwertigen und/oder umweltfreundlichen Brennstoffen, z.B. Biomasse, beheizt werden. Das verdampfte Kondensat wird dann zur Kondensatsammlungseinheit 12 rückgeführt von welchem es dann dem Wärmetauscher 7 zur Überhitzung zugeführt wird.

Diese Anlage erreicht aufgrund des Wärmetauschers 2 zur Wärmerückgewinnung auch bei gemäßigten

Turbineneintrittstemperaturen ohne Anbindung des Dampfturbinenkreises sehr hohe technische Wirkungsgrade. Erfindungsgemäß erfolgt die Wärmeauskopplung für den Dampfturbinenprozess über den Wärmetauscher 7, der primärseitig den Expansionsstufen 5 im Hochdruckteil unmittelbar nachgeschaltet ist. Der wesentliche Vorteil im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten System mag sein, dass in Kombination mit dem hier gezeigten Gasturbinenprozess hohe solare Heizeinträge ermöglicht werden, da die gesamte Verdampfungswärme über die Sonnenkollektoren eingebracht werden kann. Idealerweise ist die Dampfturbine über einen moderaten Leistungsbereich regelbar. Um den technischen Wirkungsgrad der eingebrachten Heizwärme über den Wärmetauscher 7 möglichst hoch zu halten, sollte bei verminderter solarer Heizleistung auch die Heizwärmeauskopplung über den Gasturbinenkreis zurückgenommen werden. Das Maß der Leistungsrücknahme wird je nach Regelbarkeit der Dampfturbine in einem moderaten Bereich liegen. Bei Wegfall der solaren Wärmeeinbringung kann der Dampfturbinenkreis weggeschaltet werden, ohne dass die Effizienz der Gasturbinenanlage maßgeblich abfällt, da die Brennstoffzufuhr entsprechend absinkt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinenprozesses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine gekoppelte Gas- und Dampfturbinenanlage. Die Gasturbinenanlage weist eine Kompressoreinheit 1 auf, mittels welcher Luft (Gas) komprimiert wird, welche dann einem Wärmetauscher 2 zur Erhitzung auf

Turbineneinlasstemperatur zugeführt wird. Die erhitzte Luft (Gas) wird dann einer Hauptgasturbineneinheit 5 zugeführt und einer ersten Expansion unterzogen. Die auf einen Zwischendruck expandierte Luft (Gas) wird dann einem zweiten Wärmetauscher 7 zugeführt, welcher der expandierten Luft (Gas) Wärme entzieht. Die abgekühlte Luft (Gas) wird dann einer Verzweigung 14 zugeführt, welche einen ersten Teil der abgekühlten und teilentspannten Luft (Gas) einer nachgeschalteten Brennkammer 3 zuführt, in welcher Rauchgas mit hoher Temperaturerzeugt wird, bevor es über den Wärmetauscher 2 einer zweiten Expansionsstufe 6 zugeführt wird, über welche das Rauchgas auf Niederdruck bzw. Außendruck entspannt. Ein zweiter Teil der abgekühlten und teilentspannten Luft (Gas) wird nach der Verzweigung 14 direkt in den Rauchgasstrom nach Austritt aus dem Wärmetauscher 2 zugemischt.

Die Dampfturbinenanlage, in welcher der Dampfturbinenprozess stattfindet, ist ähnlich dem oben in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. Der Wärmeeintrag für den geschlossenen Dampfturbinenprozess findet primär durch den Wärmetauscher 7 statt. Der überhitzte Dampf wird vom Wärmetauscher 7 zu einer Dampfturbineneinheit 8 geleitet, welchem ein zusätzlicher Wärmetauscher 11 nachgeschaltet ist, in welchem dem entspannten Dampf ein Teil der Energie entzogen wird. Dem zusätzlichen Wärmetauscher 11 ist eine Kondensationseinheit 9 nachgeschaltet. Das Kondensat aus der Kondensationseinheit 9 wird dann mittels einer Pumpe 10 in eine Kondensatsammlungseinheit 12 geleitet, in welcher das Kondensat gesammelt wird und einer zusätzlichen Heizeinrichtung 13 zugeführt wird, welche beispielsweise solar betrieben wird, jedoch kann diese zusätzliche Heizeinrichtung mit einer Vielzahl von Energieträgern, auch minderwertigen Brennstoffen wie z.B. Biomasse, beheizt werden. Das verdampfte Kondensat wird dann der Kondensatsammlungseinheit 12 zugeführt von welchem es dann dem Wärmetauscher 7 zur Überhitzung zugeführt wird. Zusätzlich wird ein Teil des Kondensats aus der Kondensatsammlungseinheit dem zusätzlichen Wärmetauscher 11 zugeführt, um dort verdampft zu werden, bevor es über die Kondensatsammlungseinheit 12 dem Wärmetauscher 7 zugeführt wird. Ferner wird im Gegensatz zu dem in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel auch die Möglichkeit gezeigt einen Anteil des Kondensats dem Wärmetauscher 7 in flüssiger Form zuzuführen.

Über die Verzweigung 14 wird ein geringer Anteil (z.B. 10 bis 20%) in den Rauchgasstrom nach Austritt aus dem Wärmetauscher 2 zur Lufterhitzung zugeleitet. Dies ist insbesondere bei voller Wärmeauskopplung sinnvoll, da die Luft im Wärmetauscher 7 auf entsprechend niedere Temperaturen gebracht werden muss. Das grundsätzliche Ziel dieses Aufwandes ist, den Wärmetauscherpol im

Wärmetauscher 2 auf die Seite des Sekundärkreises zu legen und somit die bestmögliche Wärmerückgewinnung zu erreichen. Bei der nachgeschalteten Brennkammer 3 wie hier dargestellt ist zu beachten, dass die Eintrittstemperatur des Rauchgases in den Wärmetauscher 2 bei festgelegter Turbineneintrittstemperatur der Luft entsprechend höher wird. Durch die Nachschaltung der Verbrennungseinrichtung 3 können minderwertige Brennstoffe und Biomasse mit Aschebildung verbrannt werden, ohne dass die Turbinenbeschaufelungen geschädigt werden. Der Wärmetauscher 7 zur Dampfüberhitzung liegt primärseitig im reinen Luftstrom. Durch die zusätzliche Kondensatverdampfung im

Wärmetauscher 7 kann bei vorgegebener Minimallast der Dampfturbine die Mindestlast an solarer Heizwärme abgesenkt werden. Bei Gegendruckanlagen wird bei Ausnutzung der höchstmöglichen Überhitzungstemperatur der Dampf in den Turbinenstufen nicht bis in das Naßdampfgebiet entspannt. Um den Dampfturbinenprozess trotzallem möglichst effizient zu halten empfiehlt sich, einen Wärmetauscher 11 zur Wärmerückgewinnung zwischenzuschalten.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die hier vorgestellten Varianten, sondern auch auf naheliegende Kombinationen die sich daraus ableiten lassen. Bei den in allen Figuren schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Merkmalen ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Bauteile sowie Zuleitungen in allen verschiedenen Ausfϋhrungsvarianten und Materialien gefertigt sein können. Sämtliche mit technischer Arbeit verbundene Kompressions- und

Expansionsvorgänge sollen auch mit anderen Arbeitsmaschinen erfolgen können, und nicht nur mit den hier in Betracht gezogenen, kontinuierlich durchströmten Turbinensätzen.