CH630441A5

CH630441A5 - Luftspeicher-gasturbinenkraftwerk und verfahren zu dessen betrieb.

Info

Publication number: CH630441A5
Application number: CH494278A
Authority: CH
Inventors: Paul Zaugg
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1978-05-08
Publication date: 1982-06-15
Also published as: SE443189B; JPS54147311A; DE2822575C2; GB2020367A; SE7903913L; JPS6339774B2; GB2020367B; DK186579A; DE2822575A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zu dessen Betrieb.

Die bisher in Betrieb befindlichen Gasturbinenanlagen mit Luftspeichern mussten bei entladenem Luftspeicher zum Anfahren der Verdichtergruppe, welche neben der Versorgung der Gasturbinenbrennkammer mit Luft auch zur Füllung des Luftspeichers dient, ausser einem Generator auch noch eine eigene Antriebsmaschine aufweisen. Um die Verdichtergruppe anzufahren, wurde dieser Generator über eine zusätzliche, vom übrigen Netz getrennte Leitung mit dem Antriebsmotor der Verdichtergruppe elektrisch gekuppelt. Die Verdichtergruppe wurde dann im sogenannten Frequenz-Hochlauf von Drehzahl Null, d. h. vom Stillstand bis zur Netzfrequenz des Generators hochgefahren. Nach Erreichen der Netzfrequenz wurde der Antriebsmotor der Verdichtergruppe an das Netz geschaltet und damit die Antriebsleistung für die Verdichtergruppe aus dem Netz gespeist, wonach der nunmehr freie Generator in das Netz Strom liefern, oder abgestellt werden konnte (siehe BBC-Mittei-lungen Nr. 65/1975, Nr. 7/8).

Bei dieser bekannten Anordnung wirkte sich der grosse technische Aufwand besonders nachteilig aus, da eine Antriebsmaschine mit hoher Leistung vorgesehen werden musste.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk und ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, bei welchem eine Verdichtergruppe einer Gasturbinenanlage mit Luftspeicher mit relativ geringer Leitung die Gasturbinenanlage mit der erforderlichen Verbrennungsluft versorgenkann, wenn der Luftspeicher entladen ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Möglichkeit, den Niederdruckteil der Verdichtergruppe so zu schalten, dass dieser allein mit dem Niederdruckteil der Gasturbine verbunden ist und die Mittel- und Hochdruckteile der Verdichtergruppe während des Anfahrens in die Atmosphäre fördern, ergibt sich der Vorteil, dass ein Anwurfmotor mit kleiner Leistung an der Verdichtergruppe verwendet werden kann.

Das Verfahren zum Betrieb des Luftspeicher-Gasturbinen-kraftwerkes der eingangs genannten Art ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist insbesondere darin zu erblicken, dass durch die Auslegung des Anwurf-motors mit niedriger Leistung, wodurch keine besondere Netzleitung benötigt wird, eine besondere Anfahrgruppe nicht erforderlich ist.

Ferner kann zum Ladebetrieb des Luftspeichers die Gasturbine vom Motor-Generator abgekuppelt und der Motor-Generator Leistung aus dem Netz aufnehmen, und entsprechend dem Ladezustand des Luftspeichers nacheinander Mittel- und Hochdruckteil der Verdichtergruppe zugeschaltet werden, und dass bei Generatorbetrieb und entladenem Luftspeicher der Hochdruckteil der Gasturbine gezündet und die Verdichtergruppe die Luftzufuhr zu den Brennkammern der Gasturbine allein übernimmt.

Weiterhin kann bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens beim Anfahren der Gasturbine der Mittel-und Hochdruckteil der Verdichtergruppe Spülluft aus der Atmosphäre entnehmen und in die Atmosphäre zurück fördern.

Gemäss einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird der Hochdruckteil der Gasturbine beim Hochfahren mit einem reduzierten Luftstrom beaufschlagt.

Dadurch wird verhindert, dass der Hochdruckteil der Gasturbine, dessen Brennkammer nicht gezündet ist, durch die komprimierte Luft zu stark erhitzt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel als Schaltschema dargestellt, wobei mit 1 eine Gasturbine mit einem Hochdruckteil 2 und einer Hochdruckbrennkammer 3, und einem Niederdruckteil 4 mit einer Niederdruckbrennkammer 5 bezeichnet ist. Auf einer gemeinsamen Welle 6 ist mit der Gasturbine 1 ein Verdichterteil 7 mit einem Niederdruckteil 8, einem Mitteldruckteil 9 und einem Hochdruckteil 10 angeordnet. Zwischen einem Anwurfmotor 11 und dem Verdichterteil 7 ist ein Getriebe 12, beispielsweise ein Reduziergetriebe, vorgesehen. Die Gasturbine 1 und der Verdichterteil 7 sind auf der Welle 6 durch Kupplungen 13 abkuppelbar mit einem Motor-Generator 14 verbunden. Der Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 ist über eine Austrittsleitung 15 mit dem Niederdruckteil 4 der Gasturbine 1 verbunden, während die Austrittsleitungen 16,16', 17 der Verdichterteile 9,10 in eine gemeinsame Zuführungsleitung 18 zu einem Luftspeicher 19 münden, welche über eine Abzweigleitung 20 mit der Hochdruckbrennkammer 3 der Gasturbine 1 verbunden ist. Weiterhin ist jeweils der Austritt aus den Verdichter-Niederdruckteil 8 über eine Leitung 21 mit dem Eintritt des Verdichterteiles des Mitteldruckteiles 9 und der Austritt des letzteren mit dem Eintritt in den Hochdruckteil 10 über eine Leitung 22 verbunden. In den Leitungen 21,22 sind Zwischenkühler 23, sowie als Dreiwegeventile ausgebildete Ausblasventile 24,25,26 und Bypassventile 27,28 angeordnet. In der Zuführungsleitung 18 zum Luftspeicher 19 ist ein weiterer Kühler 29 und Absperrorgan 30,31 vorgesehen. Die Austrittsleitungen

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3 630 441

16,16'. 17 zur Ztifiihrungsleitiinj IS sind mit Riickschlagklappen Wärmestauungen vermieden werden. Sobald die volle Nenn-

32,33,34 versehen. Vor dem Eintritt der Abzweigleitung 20 in drehzahl und damit die Netzfrequenz des Motor-Generators 14

der Hochdruckbrennkammer 3 ist ein Absperrventil 35 und in erreicht ist, wird der Motor-Generator 14 über die Anschlüsse 37

der Austrittsleitung 15 ein Ventil 36 angeordnet. Die Strömungs- an das Netz geschaltet und wirkt nun als Antriebsmotor. Die richtungen in den einzelnen Leitungen sind durch Pfeile ange- 5 Niederdruckbrennkammer 5 wird gelöscht und das Absperrven-

deutet. Über Anschlüsse 37 kann der Motor-Generator 14 an das til 35 geschlossen, während das Absperrorgan 31 geöffnet und am

Netz angeschlossen werden. Ausblasventil 24 der Luftdurchfluss zum Zwischenkühler 23 ganz

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens ist freigegeben wird. Das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 wird folgende : Vor dem Einschalten des Anwurfmotors 11 werden die ebenfalls geschlossen und die Gasturbine 1 über die Kupplung 13

Kupplungen 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor- io vom Motor-Generator 14 getrennt. Nunmehr fördert der Nieder-

Generator 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem druckteil 8 der Verdichtergruppe 7 über die Austrittsleitung 15.

Verdichterteil 7 eingekuppelt, so dass ein ununterbrochener die Leitung 21, den Kühler 23, die Rückschlagklappe 32 und die

Wellenstrang in der ganzen Anlage entsteht. Das Ausblasventil Zuführungsleitung 18 direkt in den Luftspeicher 19.

24 wird geschlossen, so dass weder zur Atmosphäre noch zur Nach Erreichen eines entsprechenden Ladezustandes des Zuführungsleitung 18 eine Verbindung besteht. Das Absperr- 15 Luftspeichers 19 wird beim Ausblasventil 25 und beim Bypass-ventil 35 zur Hochdruckbrennkammer 3 ist ebenfalls geschlos- ventil 27 die Freigabe zur Atmosphäre geschlossen und zu den sen. während das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 vom Leitungen 16 und 21 und zur Rückschlagklappe 32,33 geöffnet Niederdruckteil 9 der Verdichtergruppe 7 geöffnet bleibt. Die und die weitere Aufladung des Luftspeichers 19 vom Nieder-Ausblasventile 25 und 26, sowie die Bypassventile 27,28, welche druckteil 8 und dem Mitteldruckteil 9 gemeinsam weitergeführt, als Dreiwegeventile ausgebildet sind, werden so gestellt, dass 20 Bei weiterem Druckanstieg im Luftspeicher 19, welcher das sowohl der Mitteldruckteil 9, als auch der Hochdruckteil 10 des Hinzuschalten des Hochdruckteiles 10 des Verdichterteiles 7 Verdichterteiles 7 Luft aus der Atmosphäre ansaugen kann und erforderlich macht, wird durch eine Umstellung des Ausblasven-durch die genannten Ventile 25,26, wieder in die Atmosphäre tiles 26 und des Bypassventiles 28 analog zu der vorher beschrie-ausblasen können. Dadurch entsteht im Mittel- und Hochdruck- benen des Mitteldruckteiles 9, der Hochdruckteil 10 zur Aufla-teil des Verdichterteilers 7 nur ein geringer Widerstand und es 25 dung des Luftspeichers 19 herangezogen. Nunmehr erfolgt im kann eine Antriebsmaschine mit kleiner Leistung verwendet letzten Teil des Füllvorganges der Luftdurchfluss zum Luftspeiwerden. Nach dem Einschalten des Anwurfmotors 11 fördert der eher noch zusätzlich über die Austrittsleitung 17, die Rückschlag-Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 Luft über die Aus- klappe 34 und die Zuführungsleitung 18.

trittsleitung 15 direkt in die Niederdruckbrennkammer 5 des Falls der Luftspeicher 19 aus irgendwelchen Gründen, bei-Niederdruckteiles 4 der Gasturbine 1. Nach Erreichen der Zünd- 30 spielsweise eine Revision, nicht zur Verfügung steht, könnte die drehzahl des Niederdruckteiles 4 wird die Niederdruckbrenn- Anlage als normale Gasturbinenanlage betrieben werden, d. h. kammer 5 gezündet und die Anlage auf die Nenndrehzahl und die dass nach Zuschaltung des Motor-Generators 14 an das Netz die Netzfrequenz hochgefahren. Um eine Rückströmung in den Hochdruekbrennkammer 3 gezündet wird und die Ausblasven-Hochdruckteil 2 der Gasturbine 1 zu verhindern, wodurch eine tile 25,26 und die Bypassventile 27,28 des Verdichterteiles 7 so Überhitzung dieses Teiles erfolgen könnte, können das Absperr- 35 gestellt werden, dass auch der Mitteldruckteil 9 und der Hochventil 35 und das Absperrorgan 30 geöffnet, jedoch muss das druckteil 10 des Verdichterteiles Luft in die Gasturbine 1 för-Absperrorgan 31 zum Luftspeicher 19 dann geschlossen werden. dem. Hierfür muss das Ventil 36 geschlossen werden und die Vorzugsweise werden das Absperrventil 35 und das Absperror- Kupplung 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor-Genera-gan 30 jedoch nur soweit geöffnet, dass ein reduzierter Anschluss tor 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem zum Hochdruckteil 2 erfolgt, wodurch dieser gespült wird und 40 Verdichterteil 7 bleiben eingekuppelt.

M

1 Blatt Zeichnungen

Claims

630 441 PATENTANSPRÜCHE

1. Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk, bei welchem die Gasturbinenanlage aus einer mehrteiligen Gasturbine (1) und einer mehrteiligen Verdichtergruppe (7) besteht, welche abkuppelbar mit einem Motor-Generator ( 14) auf einer gemeinsamen Welle (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Verdichtergruppe (7) ein Anwurfmotor (11) vorgesehen ist und der Niederdruckteil (8) der Verdichtergruppe (7) mit dem Niederdruckteil (4) der Gasturbine (1) verbunden ist, und dass die Austritte der Verdichterteile (7) sowohl mit einem Luftspeicher ( 19 ), als auch über eine gemeinsame Leitung (20) mit der Hochdruckbrennkammer (3) der Gasturbine (1) verbunden sind.

2. Verfahren zum Betrieb des Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerkes gemäss Anspruch 1 bei entladenem Luftspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass vom Anwurfmotor (11) die Verdichtergruppe (7) angetrieben und vom Niederdruckteil (8) derselben komprimierte Luft in den separaten Niederdruckteil (4) der Gasturbine (1) geleitet wird, deren Niederdruckbrennkammer (5) bei Erreichen der Zünddrehzahl gezündet wird, wodurch die Gasturbine auf Nenndrehzahl hochgefahren wird, und dass bei Erreichen der Nenndrehzahl und somit der Netzfrequenz der Motor-Generator (14) an das Netz geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ladebetrieb des Luftspeichers (19) die Gasturbine (1) vom Motor-Generator (14) abgekuppelt wird und der Motor-Generator ( 14) Leistung aus dem Netz aufnimmt, und dass entsprechend dem Ladezustand des Luftspeichers (19) nacheinander Mittel-(9) und Hochdruckteil (10) der Verdichtergruppe (7) zugeschaltet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Generatorbetrieb und entladenem Luftspeicher (19) der Hochdruckteil (2) der Gasturbine (1) gezündet und die Verdichtergruppe (7) die Luftzufuhr zu den Brennkammern (3,5) der Gasturbine (1) allein übernimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren der Gasturbine (1) der Mittel- (9) und der Hochdruckteil (10) der Verdichtergruppe (7) Spülluft aus der Atmosphäre entnehmen und in die Atmosphäre zurückfördern.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (2) der Gasturbine (1) beim Hochfahren mit einem reduzierten Luftstrom beaufschlagt wird.