DD294759A5 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung von elektrischer energie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie in einem offenen Kreislauf mittels eines gasfoermigen Mediums, wobei das Verfahren bzw. die Einrichtung einen Kompressor einschlieszt, der durch eine Turbine angetrieben wird. Um eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades bei moeglichst niedriger Umweltbelastung durch den Schadstoffausstosz zu erreichen, erfolgt eine Kopplung zwischen einem mechanischen und einem elektrochemischen System zur Erzeugung von Elektroenergie, in dem das verdichtete gasfoermige Medium durch einen Rauchgas-Waermeaustauscher und anschlieszend durch eine oder mehrere an die Kompressoranlage angeschlossene Turbine geleitet wird, wo eine Energiefreigabe erfolgt und der Gasstrom im Kreislauf als Oxydationsmittel in eine Brennstoffzelle gelangt und zusammen mit einem Brennstoff vor oder nach der Erzeugung mechanischer Energie elektrische Energie liefert. Die Ausgangsleistung setzt sich praktisch aus der im Generator und der in der Brennstoffzelle entstehenden elektrischen Leistung zusammen. Fig. 1{elektrische Energieerzeugung; Gasgeneratoranlage; elektrochemische Brennstoffzelle; verdichteter Gasstrom; Rauchgas-Waermeaustauscher; Oxydationsmittel; Brennstoff; elektrische Leistung; Wirkungsgrad; Umweltbelastung}

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines gasförmigen Mediums unter Verwendung von Gasturbinen.
In der Industrie besteht ein Bedarf an Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie, wobei der Wirkungsgrad hoch und darüber hinaus die Umweltbelastung auf ein Mindestmaß reduziert sein soll. Es gibt bereits verschiedene Maschinen wie beispielsweise Verbrennungsmotor und Gasturbinen, mit denen ein Wirkungsgrad von etwa 35% erreicht werden kann; der Schadstoffausstoß jedoch (insbesondere der Stickstoffoxidgehalt der Verbrennungsgase) immer noch besorgniserregend hoch ist. Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Einrichtung, die in bezug auf die beiden obengenannten Probleme: Wirkungsgrad und Schadstoffausstoß spürbare Verbesserungen bringen. In diesem Zusammenhang beruht die Erfindung auf einem Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines gasförmigen Mediums, das als solches in unterschiedlicher Form bekannt ist. Als Gas kann beispielsweise Luft verwendet werden, die in einen offenen Kreislauf durch mindestens eine Kompressoranlage und weiter durch eine Gasturbine geleitet wird, um dann über einen Rauchgas-
Wärmeaustauscher zu entweichen. Die entsprechend dieser Erfindung vorgeschlagene Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, daß das im verdichteten Zustand befindliche gasförmige Medium durch den Rauchgas-Wärmeaustauscher geleitet wird, damit sich die Temperatur zumindest einmal erhöht, um anschließend durch eine oder mehrere an die Kompressoranlage gekoppelte Turbine(n) zu strömen, wobei eine Energiefreigabe erfolgt: und daß der Gasstrom im Kreislauf als Oxydationsmittel in eine Brennstoffzelle geleitet wird und zusammen mit einem Brennstoff (Reduktionsmittel) in dieser Zelle vor oder unmittelbar nach der Entwicklung mechanischer Energie in der Gasturbine elektrische Energie liefert. Dieses Verfahren bietet folgende Verbesserungen:
- der Kompressorturbine werden nicht (wie bisher üblich) Verbrennungsgase aus der Gasturbine oder einem anderen Verbrennungsprozeß zugeführt, sondern hauptsächlich die zu diesem Zweck verwendete Druckluft, die vorher einer zusätzlichen Temperaturerhöhung im Rauchgas-Wärmeaustauscher ausgesetzt wurde;
- das gasförmige Medium, welches aus der obenerwähnten Verdichterturbine mit relativ niedrigem Druck und niedriger Temperatur austritt, wird nun zusammen mit einem Reduktionsmittel (z. B. Erdgas) in der Brennstoffzelle als Verbrennungsgas (Oxydationsmittel) genutzt;
- der Druck des gasförmigen Mediums (Oxydationsmittel) ist an der Einlaßöffnung der Brennstoffzelle - ebenso wie der Druck des Reduktionsmittels - niedrig, wodurch das System flexibler wird.
Die Erfindung ermöglicht eine Wirkungsweise, durch die erstens ein höherer elektrischer Wirkungsgrad erreicht wird und bei der eine bessere Annäherung an den theoretischen Carnotschen Kreisprozeß als je zuvor erfolgen kann. Zweitens enthält dieser Wärmekreislauf (der der Carnotschen Beschränkung unterliegt) ein elektrochemisches System, das ohne diese Beschränkung arbeitet und mit dem ein Wirkungsgrad im Bereich von mindestens 55-70% möglich ist, selbst bei regulierbaren Temperaturen im Bereich um 1000°C. Hinzu kommt, daß beim vorgeschlagenen Verfahren immer ein bestimmter Heizwert im sogenannten verbrauchten Brennstoff (Reduktionsmittel) vorhanden ist, der z. B. in einer Brennkammer genutzt werden kann. Außerdem ist die Gas-Luft-Mischung, die nach dem Durchlaufen der Brennkammer in die Gasturbine eindringt, nicht umweltunfreundlich. Genauer gesagt, können nun sehr geringe Mengen an NOx-Schadstoffausstoß (50g/GJ) in den Rauchgasen enthalten sein. Durch den katalytischen Umsetzungsprozeß in der Brennstoffzelle entstehen keine Schadstoffe, so daß das vorgeschlagene neue Verfahren faktisch keine Umweltbelastung bewirkt. Ein weiterer Beitrag zur Verringerung der Umweltverschmutzung besteht bei Anwendung dieses neuen Verfahrens in der Erhöhung des Wirkungsgrades eines Kraftwerks von 35 Nettopirozent auf etwa 55-70%. Im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik wird zur Erzeugung der gleichen Elektroenergiemenge etwa halbsoviel Brennstoff benötigt. Dadurch ergibt sich eine entsprechende CO2-Verringerung. Der Einsatz einer Brennstoffzelle hat die Doppelfunktion, elektrische Energie zu liefern und Heißgase zu erzeugen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens und somit zur Erzeugung von Elektroenergie mittels eines Gasstroms unter Einsatz mehrerer mechanischer Elemente, darunter eine Kompressoranlage, die an mindestens eine Turbine gekoppelt ist, und mindestens eine Gasturbine (Nutzleistungsturbine) mit einer Abtriebswelle, der ein Rauchgas-Wärmeaustauscher folgt. Nach dieser Erfindung ist die Einrichtung gekennzeichnet durch die Kopplung der genannten Elemente, damit ein offener Kreislau' des Gasstroms entsteht, dessen Druck zunächst in der Kompressoranlage erhöht wird und dessen Temperatur anschließend ebenfalls im Rauchgas-Wärmeaustauscher erhöht wird. Schließlich wird der Gasstrom über eine Brennkammer zur Verdichterturbine (bzw. der, Verdichterturbinen) und letztendlich mit leichtem Überdruck in Richtung der Gasturbine geleitet. Dies aber erst, nachdem er vor bzw. anschließend hinter der Gasturbine als Oxydationsmittel durch eine im Kreislauf enthaltene Brennstoffzelle gelenkt wurde.
Durch den Einsatz dieser Zelle kann eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden, wobei der Luftstrom gleich bleibt und der Brennstoffverbrauch in der Brennkammer etwas abnimmt.
Dieser Effekt ist auf die Abwärme der Zellezurückzuführen, die den Wärmeinhalt der Brennkammer erhöht. Bei Anwendung einer Hochtemperaturbrennstoffzelle (im Bereich von 10000C, wie z. B. mit einer Brennstoffzelle aus festem Oxid) kann die Brennkammer der Gasturbine sogar überflüssig werden. Der Gleichstrom aus der Brennstoffzelle kann direkt als Gleichstrom oder nach erfolgtem Wechselrichten als Wechselstrom genutzt werden. Eine dritte Möglichkeit besteht in der Zuführung des Gleichstroms an den Generator der Gasturbine.
Die eben beschriebene Einrichtung enthält Turbinenelemente, die an sich bekannt sind, so daß bereits großtechnisch entwickelte Elemente zum Bau dieser Einrichtung verwendet werden können. Diese Einrichtung bewirkt infolge der höheren Nutzleistung eine geringere CO2-Belastung der Umwelt in einer Größenordnung von 50% in bezug auf herkömmliche Maschinen wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, Kesselstromturbinenanlagen und herkömmliche Gasturbinen. Es kann eine mehr als 50%ige Herabsetzung der NOx-Emissionen erreicht werden. Die Möglichkeit der Umweltentlastung, wenn sie in Wärme- und Energieanlagen (Gesamtenergiekonzept) genutzt wird, wurde in diesem Zusammenhang jedoch noch nicht berücksichtigt. Es wird betont, daß zwei Typen von Brennstoffzellen besonders für den Einsatz im Verfahren und der Einrichtung entsprechend dieser Erfindung geeignet sind. Der eine Typ ist das sogenannte MCFC („molten carbonate fuel cell" - „Brennstoffzelle aus einer Carbonatschmelze") mit einer Arbeitstemparatur von etwa 65O0C. Der andere Typ ist die sogenannte PAFC („phosphatic acid fuel cell" - „Brennstoffzolle aus Phosphorsäure") mit einer Arbeitstemperatur von etwa 2000C. Außerdem kann die Brennstoffzelle aus festem Oxid (SOFC) verwendet werden, deren Arbeitstemperatur bei etwa 10000C liegt. Diese Typen sind beschrieben in:
1) H.A. Liebhafsky und EJ. Cairns, „Fuel cells and fuel batteries" („Brennstoffzellen und Brennstoffbatterien"), Wiley & Son, New York (1968), Kapitel 12, S.524-554
2) A. J. Appleby und F. R. Foulkes, „Fuel Cell Handbook" („Handbuch über Brennstoffzellen") Van Nostrand Reinholt, New York (1989)
3) Supramanian Srinivasan, Journal of the Electrochemical Society (Zeitschrift der Elektrochemischen Gesellschaft) 136 (2), Februar 1989, S.41 C-48C.
Die Brennstoffzelle befindet sich im offenen Kreislauf vorzugsweise zwischen der Verdichterturbine (CT) und der Nutzleistungsturbine (PT). Möglich ist auch eine Position mehr in Strömungsrichtung und sogar unterhalb der Gasturbine. Dies ist durch punktierte Linien in den im Anhang beigefügten Zeichnungen dargestellt. Ebenso denkbar ist eine Position vor der Verdichterturbine und sogar noch weiter vorn im Kreislauf.
Wi iter wird bemerkt, daß sich das an WERTHEIM erteilte US-Patent 4678723 auf eine Brennstoffzelle aus Phosphorsäure (PAFC) bezieht, die mit einer autothermischen Reformierungsanlage kombiniert ist und zur Zuführung eines Gasgemischs an eine Turbine dient, die eine Kompressoranlage antreibt. Die Brennstoffzelle wird zur Erhöhung der Leistung durch Wassertröpfchen bzw. eingepreßten Tröpfchennebel gekühlt
Es ist keine Gasturbine mit Abgas-Wärmeaustauscher zur Erhöhung der Temperatur des verdichteten Gasgemisches vorhanden.
Ausführungsbeispiel
Eine detaillierte Erläuterung der Erfindung erfolgt mit Bezugnahme auf die Zeichnung sowie eine Tabelle. Die Zeichnungen in den Bildern 1-6 zeigen sehr schematisch einige Ausführungsformen der Einrichtung, in denen elektrische Energie erzeugt wird. Die Bilder 1-5 zeigen eine Zufuhr (1) von gasförmigem Medium, beispielsweise Luft. Dieses Medium durchläuft einen offenen Kreislauf, der mit einer Kompressoranlagc (2) beginnt, die in diesem Fall einen Niederdruckverdichter (Cj) und einen Hochdruckverdichter (C2) umfaßt, die miteinander durch eine Rohrleitung (3) verbunden sind. In diese Verbindungsleitung ist ein Wärmeaustauscher (I1I) als Normalzwischenkühler eingebaut. Die Kompressoranlage (2) wird durch eine Verdichterturbine (4), die in diesem Falle als eine Turbine (CT) für beide Kompressoren angelegt ist, betrieben. Es ist ebenfalls möglich, die beiden Kompressoren (C1 und C2) jeweils durch eine gesonderte Turbine zu betreiben.
In den offenen Kreislauf ist ein Rauchgas-Wärmeaustauscher (I) eingebaut, der über eine Leitung (5) mit einer Gasturbine (6) (der Nutzleistungsturbine PT) zur Erzeugung von elektrischer Energie verbunden ist. Der Hochdruckverdichter (C2) ist über eine Leitung (7) mit dem Rauchgas-Wärmeaustauscher (I) verbunden, und das darin orwärmte gasförmige Medium fließt entsprechend den Bildern 1,2 und 4 in dieser Ausführungsform über eine Leitung (8) zur Verdichterturbine (4). Nach Durchlaufen dieser Turbine fließt das gasförmige Medium, dessen Temperatur verringert wurde, in der dargestellten Ausführungsform über eine Leitung (9) zu einer Brennstoffzelle (10) und dient zur Speisung der darin enthaltenen Katode mit dem genannten Medium, d. h. mit d ^τι Oxydationsmittel. Das Medium fließt dann mit etwas erhöhter Temperatur über eine Leitung (11) zu einer sogenannten Verbrennungskammer (12), die über fine Zuleitung (13) mit „verbrauchtem Brennstoff" verfügt, wie weiter unten näher erläutert wird. Die Gasturbine (6) betreibt einen Generator (14).
Als Alternativlösung zeigen die Zeichnungen mittels punktierter Linien die Position der Brennstoffzelle (10) in Strömungsrichtung unterhalb der Gasturbine (6). Die Verbindungsleitungen sind entsprechend anzupassen. Die weitere Beschreibung der Erfindung gilt auch für diese Variante. Diese Position der Bronnstoffzelle weist folgende spezielle Vorteile auf:
- einfachere Druckregelung;
- der Wärmeaustauscher (II) kann entfernt werden.
In der vorliegenden Ausführung gemäß den Bildern 1—4 wird eine Brennstoffzelle (10) vom Typ MCFC (molten carbonate fuel cell
- Brennstoffzelle aus Carbonatschmelze) verwendet. Diese Brennstoffzelle weist einen Wirkungsgrad von etwa 55% auf, und die Anode verfügt über eine Zuführungsleitung (15) für Brennstoff, d. h. das jeweilige Reduktionsmittel, wie z. B. wasserstoffreiches Gas. Es wird jedoch darauf verwiesen, daß bei der Variante der sogenannten Innenreformierung ein direkter Einsatz von Erdgas als Brennstoff ebenso möglich ist. Als Endprodukt entsteht in der Brennstoffzelle (10) an den Anschlußklemmen (16) Gleichstrom.
Es wird darauf hingewiesen, daß in den Bildern außerdem drei weitere Wärmeaustauscher (II, IV und V) dargestellt sind. Der Wärmeaustauscher (II) befindet sich im letzten Abschnitt der Austregsleitung (17) des Rauchgas-Wärmeaustauschers (I) und nutzt auf diese Art einen weiteren Teil jener Wärme, die am Ende (18) des offenen Kreislaufs vorliegt. Der Wärmeaustauscher (IV) (Bild 1) wird mittels eines Absperrventils (19) ein-oder ausgeschaltet. In dereinen Stellung des Absperrventils wird der Gasstrom direkt von der Verdichterturbine (4) über die Leitung (9) zur Brennstoffzelle (10) geleitet. In der anderen Stellung des Absperrventils (19) wird der Gasstrom, bzw. ein Teil davon, zum Erwärmen bzw. Abkühlen des Gasstroms durch den Wärmeaustauscher (IV) geleitet. Dies kann mitunter erforderlich sein. Der Wärmeaustauscher (V) dient zur Erwärmung des über die Leitung (15) zugeführten Brennstoffs.
Wird eine Brennstoffzelle aus Carbonatschmelze verwendet, sollte der Katode Luft mit ausreichendem CO2-Gehalt zugeführt werden. Unter derartigen Umständen stellt eine Kreislaufführung von CO2 innerhalb des Systems die naheliegendste Lösung dar. Dies kann durch Anwendung sogenannter selektiver Trennverfahren erfolgen, so beispielsweise durch Einbau von Membranen (30) in die Leitungen (5,17 bzw. 18). Zur Erhöhung des Inertgasverhältnisses erfolgt schließlich nach Wasserabscheidung hinter dem Wärmeaustauscher (II) eine Dampfrückführung in die Leitung (18). Die Bilder 1-4 zeigen als schematische Darstellung dieses Kreislaufverfahrens eine Abzweigleitung (18') mit einem Steuerventil (23) und einem Wärmeaustauscher (Vl). Bei verschiedenen Brennstoff arten läuft das Verfahren ohne eine derartige Zusatzleitung ab, siehe dazu Bilder 5 und 6. Zur Brennstoffzerstäubung kommt ein Radialverdichter (24) zum Einsatz.
Bild 2 zeigt einen Zusatzbrenner (20) in einer Abzweigleitung (11') der Leitung (11) zur Gasturbine (6), der gegebenenfalls zum zusätzlichen Erwärmen des gasförmigen Mediums mit dem oben erwähnten „verbrauchten Brennstoff" dient, welcher aus der Leitung (13) von der Anode der verwendeten Brennstoffzelle herstammt. Dieser gasförmige „verbrauchte Brennstoff enthält z. B. 15% H2 sowie CO2, H2O und N2, und folglich ist noch eine beträchtliche Heizkraft vorhanden. Außerdem weist der „verbrauchte Brennstoff eine beachtlich hohe Temperatur auf. Folglich kann man dieses Gas in der Brennkammer (12) oder im Zusatzbrenner (20) (Bilder 2-4) nutzen oder es zurück zur Brennstoffvorbehandlung leiten. Eine Reinigungsanlage (21) befindet sich in der Regel in dieser Leitung (15). In der Brennkammer (12) kann ein Überschuß an H2 vorhanden sein, der aus dem „verbrauchten Brennstoff aus der Leitung (13) herrührt. Zusätzliche Luft kann daher aus dem ersten Kompressor (C1) über eine Leitung (22) zugeführt werden, um eine vollständige Verbrennung zu erreichen. Alternativ kann ein Teil des Brennstoffs (u.a. verbrauchter Brennstoff) zur Verbesserung der Beschaffenheit des über die Leitung (15) eingeführten Brennstoffs genutzt werden (z. B. durch Dampfreformierung). Da ein Teil des CO2 direkt zur Anode zurückgeführt wird, wird die Strömung durch die Abzweigleitung (18') stark verringert.
Bild 3 stellt dar, daß zur thermodynamischen Verbesserung des Systems der Zusatzbrenner (20) zur höheren Druckstufe (z. B. 885 kPa, gleich 8,85 bar) in der Leitung (8) hinbewegt wurde und dort zur Erwärmung der Luft auf beispielsweise 850°C vor der Verdichterturbine (4) dient. Dadurch beträgt die Temperatur hinter dieser Turbine beispielsweise 620°C, wie für die Brennstoffzelle aus Carbonatschmelze erforderlich. Gleichzeitig verringert sich der Druck auf beispielsweise 29OkPa (= 2,93 bar).
Um einen Teil des „verbrauchten Brennstoffs" auf eine höhere Druckstufe zu bringen, ist ein Kompressor (24) eingezeichnet, dem ein Zusatzkühler (28) zur Herabsetzung der Temperatur des Gases von 6770C auf 3O0C vorausgeht.
In der Einrichtung nach Bild 4 wurde die Brennstoffzelle (10) eine Brennstoffzelle aus Phosphorsäure (PAFC) mit einer Arbeitstemperatur von 2000C. Die Brennstoffzelle befindet sich im Niederdruckabschnitt des Kreislaufs in der Leitung (9) von der Verdichterturbine (4). Die Austrittstemperatur (z. B. 470Ό an dieser Turbine muß mit Hilfe eines Kühlers (VII) auf 2000C herabgesetzt werden. In der Praxis werden beide Wärmeaustauscher (V und VII) in einer Anlage zusammengeschlossen. Da eine Brennstoffzelle aus Phosphorsäure innere Reformierung nicht zuläßt, muß der durch die Leitung (15) eintretende Brennstoff ein wasserstoffreiches Gas sein. In Bild 6 wurde die Brennstoffzelle (10) in d6n Kreislauf hinter den Niederdruckkompressor (C1) und hinter einem Zusatzbrenner (29) eingebaut, um die Temperatur von 1370C auf 2000C zu erhöhen.
Es wird darauf hingewiesen, daß anstelle einer Brennstoffzelle vom Typ MCFC oder PAFC auch der Einsatz des Typs SOFC (Brennstoffzelle aus festem Oxid) denkbar ist. Des weiteren wird angemerkt, daß Niedertemperaturbrennstoffzellen, wie z. B.
alkalische Brennstoffzellen (AFC) und Polymerbrennstoffzellen (SPFC und SPEFC), in den relativ kalten Leitungen in der Nähe des Kompressors und des Zwischenkühlers ebenso wie in der verhältnismäßig kalten Abgasleitung (17,18) hinter dem Rekuperator (I) eingesetzt werden können. In den obenerwähnten Handbüchern ist eine Beschreibung dieser Brennstoffzellen enthalten.
Der Kreislauf umfaßt einen oder mehrere Radialverdichter (24), die zur Druckerhöhung für bestimmte Abschnitte des Kreislaufs bzw. zur Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer (12) dienen. Ein derartiger Radialverdichter ist nicht in allen hier beschriebenen Varianten der Einrichtung erforderlich.
Mittels eines Motors (25), der über eine Kupplung (26) mit der Kompressoranlage (2) verbunden ist, wird die Anlage in Gang gesetzt. Diese Kompressoren werden auf etwa 20% der Arbeitsgeschwindigkeit gebracht. Anschließend wird eine Brennerdüse (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit Hilfe einer Zündkerze (ebenfalls nicht dargestellt) in der Brennkammer (12) gezündet. Die Leitung (27) dient zur Bereitstellung von Brennstoff. Der Generator (G) wird mit dem Netz synchronisiert, anschließend wird die Temperatur der Turbine (6) erhöht.
Es wird darauf verwiesen, daß die Einrichtung ebenso Bestandteil eines Wärmekraftwerkes sein kann (Gesamtenergiesystem) und daß die Gase aus der Leitung (18) einem Gewächshaus zur Steigerung des COrAssimilationsprozesses zugeführt werden können.
In der folgenden Tabelle sind einige Werte für eine gedachte Einrichtung (Bild 1 laufgeführt, die sich auf die Menge je Zeiteinheit des Gasstroms, die auftretenden Temperaturen und die jeweiligen Drücke an der Einlaß- und Auslaßöffnung der verschiedenen Kompressoren und Wärmeaustauscher sowie an der Verdichterturbine (4), der Brennstoffzelle (10) und der Nutzleistungsturbine (6) beziehen.
Tabelle
Bestandteil Temperatur Druck Massenstrom
in 0C inkPa
Medium (Luft) 15 100 20 000 kg/h
Erster Kompressor 15 100
135 300
Wärmeaustauscher (III) 135 300
25
Zweiter Kompressor 25 300
155 900
Wärmeaustauscher (I) 155 900
700
Verdichterturbine 700 900
470 250
Wärmeaustauscher (IV) 470-620 250 abgegebene Leistung
MCFC (Brennstoffzelle aus 620
Carbonatschmelze) 670 250 3 75OkW
Brennkammer(12) 670-950 250
Nutzleistungsturbine 950 250
750 100 1 250 kW
Wärmeaustauscher (I) 750
200 100 Gesamt 5 000 kW
Der Wirkungsgrad des Systems liegt im Normalfall bei 57%.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines gasförmigen Mediums, das in einen offenen Kreislauf zuerst durch mindestens eine Kompressoranlage und weiter durch eine Gasturbine geleitet wird, um dann über einen Rauchgas-Wärmeaustauscher 2u entweichen, gekennzeichnet dadurch, daß das im verdichteten Zustand befindliche gasförmige Medium durch den Rauchgas-Wärmeaustauscher geleitet wird, damit sich die Temperatur zumindest einmal erhöht, um anschließend durch eine oder mehrere an die Kompressoranlage gekoppelte Turbine(n) zu strömen, wobei eine Energiefreigabe erfolgt; und daß der Gasstrom im Kreislauf als Oxydationsmittel in eine Brennstoffzelle geleitet wird und zusammen mit einem Brennstoff (Reduktionsmittel) in dieser Brennstoffzelle vor bzw. unmittelbar nach der Entwicklung mechanischer Energie in der Gasturbine elektrische Energie liefert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasstrom im Kreislauf durch einen bzw. mehrere zusätzliche Wärmeaustauscher geleitet wird, damit die Gastemperatur zur Optimierung des Wirkungsgrades eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 2, gekennzeichnet dadurch, daß Luft als gasförmiges Medium des Gasstroms verwendet wird, und daß ein wasserstoffreiches Gas, ζ. B. von einem mit Erdgas gespeisten Dampfreformierer, als Brennstoff an die Brennstoffzelle geliefert wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß der in der Brennstoffzelle entstehende Gleichstrom einem an die Gasturbine gekoppelten Generator zugeführt wird.
5. Einrichtung zur praktischen Ausführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1-4, d. h., zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines Gasstroms unter Einsatz mehrerer mechanischer Elemente, einschließlich einer an mindestens eine Turbine gekoppelten Kompressoranlage, einschließlich mindestens einer mit einer Abtriebswelle versehenen Gasturbine (Nutzleistungsturbine), der ein Rauchgas-Wänneaustauscher folgt; gekennzeichnet durch eine derartige Verbindung dieser Elemente, daß ein offener Kreislauf des Gasstroms entsteht, dessen Druck zunächst in der Kompressoranlage (2) erhöht wird und dessen Temperatur anschließend ebenfalls im Rauchgas-Wärmeaustauscher (I) erhöht wird; schließlich wird der Gasstrom dann über eine Brennkammer zur Verdichterturbine (bzw. den Verdichterturbinen) (4) geleitet und fließt letztendlich mit leichtem Überdruck in Richtung Gasturbine (6), nachdem er aber erst vor bzw. anschließend hinter der Gasturbine als Oxydationsmittel durch eine im Kreislauf enthaltene Brennstoffzelle (10) geleitet wurde.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zentripetalgasturbine mit einfachem Durchfluß verwendet wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 bzw. 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine Brennstoffzelle vom Typ MCSC (Brennstoffzelle aus Carbonatschmelze) verwendet wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Anode der Brennstoffzelle (10) mit einer Erdgasversorgungsleitung (14) verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 5 bzw. 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine Brennstoffzelle vom Typ PAFC (Brennstoffzelle aus Phosphorsäure) verwendet wird.
10. Einrichtung nach Ansprüchen 5-9, gekennzeichnet dadurch, daß im Kreislauf ein Zusatzbrenner (20) bzw. eine Brennkammer (12) vorhanden ist, der bzw. die mit der Austragsleitung (13) der Anode der Brennstoffzelle (10) zwecks Zuführung von „verbrauchtem Brennstoff" verbunden ist.
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