EP3734027A1 - Lng-wiedervergasung - Google Patents

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EP3734027A1
EP3734027A1 EP19172170.3A EP19172170A EP3734027A1 EP 3734027 A1 EP3734027 A1 EP 3734027A1 EP 19172170 A EP19172170 A EP 19172170A EP 3734027 A1 EP3734027 A1 EP 3734027A1
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EP
European Patent Office
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heat
fluid
heat exchanger
cryogenic liquefied
liquefied gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19172170.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Graeber
Uwe Juretzek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of EP3734027A1 publication Critical patent/EP3734027A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/05—Applications for industrial use
    • F17C2270/0581—Power plants

Definitions

  • the object of the invention is to provide a device with which electrical energy can be provided inexpensively and with which a cryogenic liquefied gas can be re-evaporated at the same time. Furthermore, it is an object of the invention to provide an energetically and comparatively inexpensive method with which a cryogenic liquefied gas can be re-evaporated and electrical energy is generated at the same time.
  • Cryogenic liquefied gas means that the gas has been liquefied by cooling.
  • the temperatures are in the order of ⁇ 140 ° C. and below.
  • the fluid circuit should be operated as a 1-pressure process in order to optimize the efficiency of the device. In addition to a certain temperature, a corresponding pressure provided by the compressor is also required for this.
  • the fluid heated in the waste heat recovery system can be expanded to perform work.
  • this expansion machine is arranged together with the compressor and an electrical generator in one string, ie these components are mechanically connected to one another directly or, if necessary, via a gear unit.
  • the compressor alternatively or additionally be mechanically connected to the line of the heat engine. This is useful, for example, if an economical size would be exceeded with a single compressor, or if a type jump and thus a cost jump of the generator contained in the heat engine can be avoided (for example by changing the internal cooling of the generator from air to hydrogen ).
  • a second heat exchanger is arranged in the branch line and in the fluid circuit in the direction of flow of the fluid after the expansion machine and before the first heat exchanger in order to preheat the fuel for combustion in the heat engine.
  • the fuel for combustion in the heat engine can be preheated by a heating surface arranged in the waste heat utilization system. This avoids pressure losses in the fluid circuit and, if necessary, allows a higher preheating temperature to be selected than would be possible due to the fluid temperature. This would increase the sensible heat of the fuel even further and reduce the amount of fuel required accordingly.
  • a third heat exchanger is arranged in the fluid circuit between the expansion machine and the first heat exchanger and between the compressor and the waste heat utilization system.
  • the purpose of the additional, third heat exchanger is to optimize the part-load operation.
  • the third heat exchanger should generally only be used under partial load, it is advantageous if two bypass lines are arranged around the third heat exchanger, i.e. a bypass line on each side of the third heat exchanger in order not to generate any pressure losses through the third heat exchanger that would damage efficiency at the full load point.
  • Another possibility for optimizing the partial load would be the sliding pressure mode on the low pressure side without additional, i.e. third, heat exchanger but with a much more complex pressure maintenance / control system.
  • the claimed device can be used for various cryogenic liquefied gases. It is advantageous if the cryogenic liquefied gas is natural gas, if only with regard to its usability in the heat engine, but also with regard to the choice of the fluid in the fluid circuit and the efficiency of the overall system.
  • An alternative to natural gas is, for example, hydrogen.
  • the fluid cycle is a nitrogen cycle.
  • nitrogen is advantageous not least because of its inert properties. But also because the solidification temperature of -210 ° C is well below the LNG temperature of -162 ° C, so that the fluid cannot freeze out.
  • the object aimed at a method is achieved by a method for generating electrical energy and for evaporation of a cryogenic liquefied gas, in which a cryogenic liquefied gas is compressed and heated and vaporized in a first heat exchanger with a fluid stream and at least partially fed to a heat engine is, and in which the fluid flow is circulated, the fluid in the first heat exchanger heated the cryogenic liquefied gas and thereby cooled itself down, then compressed in a compressor, heated in a waste heat utilization system downstream of the heat engine with exhaust gases from the heat engine and in an expansion machine which drives a generator, characterized in that the compressor is driven at least by the expansion machine or by the heat engine.
  • the previously cryogenic liquefied gas fed to the heat engine is preheated for combustion by the fluid in a second heat exchanger or in the waste heat utilization system. It is useful if the circulated fluid coming from the expansion machine in the second heat exchanger first only heats the part of the previously cryogenic liquefied gas fed to the heat engine and then in the first heat exchanger the entire flow of the cryogenic liquefied gas.
  • the previously cryogenic liquefied gas fed to the heat engine can be preheated for combustion by the exhaust gas from the heat engine in the waste heat recovery system.
  • heat is advantageously shifted within the fluid circuit.
  • the LNG at the terminal point to the gas network can preferably be set to the desired pressure and temperature level.
  • one string avoids a separate compressor motor, reduces the size of the respective generator and saves costs accordingly.
  • the Figure 1 shows schematically and by way of example a device 1 for generating electrical energy and for evaporating a cryogenic liquefied gas according to the invention.
  • the device 1 comprises a line 2 for the cryogenic liquefied or re-evaporated gas, for example natural gas, and a pump 3 arranged in the line 2 Figure 1 a gas turbine as a heat engine 4 with an unspecified generator, and a waste heat utilization system 5 connected downstream of the heat engine 4, similar to a waste heat steam generator in gas and steam turbine systems.
  • the invention does not provide for a water-steam cycle.
  • a part of the re-evaporated natural gas is in the embodiment of Figure 1 a gas network 16 and another part of the gas turbine (heat engine 4).
  • a second heat exchanger 12 is arranged in the branch line 6 and in the fluid circuit 7 in the direction of flow of the fluid after the expansion machine 10 and before the first heat exchanger 8.
  • the relaxation machine 10 in the embodiment of Figure 1 Nitrogen is released, has leaks 17. At least some of these can be sucked off and then fed back into the fluid circuit 7. In general, a feed of nitrogen into the fluid circuit 6 is provided (return and feed of nitrogen are not shown).
  • FIG. 2 shows a device 1 according to the invention with alternative fuel preheating, in which a heat transfer surface 13 is arranged in the branch line 6 and in the waste heat utilization system 5.
  • Figure 3 shows a variant of the invention in which the compressor 9 comprises two partial compressors 9a and 9b, of which one 9a is arranged on an axis with the expansion machine 10 and the other 9b is arranged on an axis with the heat engine.
  • Figure 4 shows a variant of the invention optimized for partial load applications, in which a third heat exchanger 14 is arranged in the fluid circuit 7 between expansion machine 10 and first heat exchanger 8 and between compressor 9 and waste heat utilization system 5 in order to be able to shift heat within fluid circuit 7.
  • the invention is not limited to that in Figures 1 to 4 shown embodiments. Rather, the invention also encompasses other conceivable constellations with regard to fuel preheating (heat transfer from the fluid, heat transfer from the exhaust gas), type of fluid compression (compressor 9 forms one line with expansion machine 10, compressor 9 forms one line with heat engine 4, compressor 9 comprises two Partial compressors 9a and 9b, with partial compressor 9a forming one line with expansion machine 10 and partial compressor 9b with heat engine 4) and partial load optimization using a third heat exchanger 14 in combination with the corresponding bypass lines 15.
  • fuel preheating heat transfer from the fluid, heat transfer from the exhaust gas
  • type of fluid compression compressor 9 forms one line with expansion machine 10
  • compressor 9 forms one line with heat engine 4
  • compressor 9 comprises two Partial compressors 9a and 9b, with partial compressor 9a forming one line with expansion machine 10 and partial compressor 9b with heat engine 4
  • partial load optimization using a third heat exchanger 14 in combination with the corresponding bypass lines 15.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung (2) für das tiefkalt verflüssigte oder wiederverdampfte Gas, eine in der Leitung (2) angeordnete Pumpe (3), eine Wärmekraftmaschine (4), ein der Wärmekraftmaschine (4) nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem (5), eine von der Leitung (2) abzweigende und in die Wärmekraftmaschine (4) mündende Zweigleitung (6), sowie einen Fluidkreislauf (7), wobei in dem Fluidkreislauf (7) in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind:
- ein erster Wärmeübertrager (8), der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe (3) in die Leitung (2) geschaltet ist,
- ein Verdichter (9),
- das Abhitzenutzungssystem (5) und
- eine Entspannungsmaschine (10) mit angekoppeltem Generator (11),
wobei der Verdichter (9) einen Strang mit zumindest der Entspannungsmaschine (10) oder der Wärmekraftmaschine (4) bildet. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kostengünstigen Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, beispielsweise Erdgas (LNG = liquefied natural gas) sowie ein entsprechendes Verfahren.
  • Üblicherweise wird Erdgas nach seiner Förderung über Leitungen zu entsprechenden Terminals in einem Hafen transportiert. Dort wird es gelagert, aufbereitet und schließlich für den Transport mit entsprechenden Spezialschiffen über längere Strecken durch starkes Verdichten und Abkühlen (bis auf -162°C) verflüssigt. Nach dem Transport wird das verflüssigte Erdgas vor der Einleitung in ein Gasnetz regasifiziert. Dabei wird typischer Weise das flüssige Erdgas mit Umgebungswärme (Luft / Meerwasser) oder chemischer Wärme verdampft. Die US 2009/0211263 A1 offenbart beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren bei dem ein flüssiger Erdgasstrom verdampft wird.
  • Alternativ wurden Konzepte entwickelt, die über kaskadierende ORC-Kreisläufe eine energetische Nutzung der Tieftemperaturkälte zum Ziel hatten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der elektrische Energie kostengünstig bereitgestellt werden kann und mit der gleichzeitig ein tiefkalt verflüssigtes Gas rückverdampft werden kann. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung ein energetisch und vergleichsweise kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem ein tiefkalt verflüssigtes Gas wiederverdampft werden kann und gleichzeitig elektrische Energie erzeugt wird.
  • Die Erfindung löst die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung für das tiefkalt verflüssigte oder wiederverdampfte Gas, eine in der Leitung angeordnete Pumpe, eine Wärmekraftmaschine, ein der Wärmekraftmaschine nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem, eine von der Leitung abzweigende und in die Wärmekraftmaschine mündende Zweigleitung, sowie einen Fluidkreislauf, wobei in dem Fluidkreislauf in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind:
    • ein erster Wärmeübertrager, der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe in die Leitung geschaltet ist,
    • ein Verdichter,
    • das Abhitzenutzungssystem und
    • eine Entspannungsmaschine mit angekoppeltem Generator, der Verdichter einen Strang mit zumindest der Entspannungsmaschine oder der Wärmekraftmaschine bildet.
  • Tiefkalt verflüssigtes Gas bedeutet, dass das Gas durch Abkühlung verflüssigt wurde. Die Temperaturen liegen bei den für die Erfindung relevanten Gasen in der Größenordnung von -140°C und darunter. Durch Kopplung der Verdampfung des tiefkalt verflüssigten Gases an weitere Prozesse und insbesondere durch eine optimierte Wärmeintegration des Gesamtsystems wird es möglich, eine maximale Nutzung der Tieftemperaturkälte zur Stromerzeugung mit höchsten Wirkungsgraden zu erreichen.
  • Der Fluidkreislauf soll als 1-Druckprozess betrieben werden, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu optimieren. Hierzu wird neben einer bestimmten Temperatur auch ein entsprechender durch den Verdichter bereitgestellter Druck benötigt.
  • In der Entspannungsmaschine, beispielsweise einer Turbine, kann das im Abhitzenutzungssystem erwärmte Fluid arbeitsleistend entspannt werden. Diese Entspannungsmaschine ist nach der Erfindung gemeinsam mit dem Verdichter und einem elektrischen Generator in einem Strang angeordnet, d.h. diese Komponenten sind direkt oder ggf. über ein Getriebe mechanisch miteinander verbunden. Gemäß der Erfindung kann der Verdichter alternativ oder zusätzlich an den Strang der Wärmekraftmaschine mechanisch angeschlossen werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn eine wirtschaftliche Baugröße mit einem einzelnen Verdichter überschritten werden würde, oder wenn damit ein Typensprung und somit ein Kostensprung des in der Wärmekraftmaschine enthaltenen Generators vermieden werden kann (zum Beispiel durch Umstellung der internen Kühlung des Generators von Luft auf Wasserstoff).
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Wärmeübertrager in der Zweigleitung und im Fluidkreislauf in Strömungsrichtung des Fluids nach der Entspannungsmaschine und vor dem ersten Wärmeübertrager angeordnet, um den Brennstoff für die Verbrennung in der Wärmekraftmaschine vorzuwärmen. Mit der Brennstoffvorwärmung wird die fühlbare Wärme des Brennstoffs erhöht und die benötigte Brennstoffmenge verringert.
  • Alternativ kann die Vorwärmung des Brennstoffes für die Verbrennung in der Wärmekraftmaschine durch eine im Abhitzenutzungssystem angeordnete Heizfläche erfolgen. Dies vermeidet Druckverluste im Fluidkreislauf und erlaubt ggf. die Wahl einer höheren Vorwärmtemperatur als dies durch die Fluidtemperatur möglich wäre. Damit würde die fühlbare Wärme des Brennstoffs noch weiter erhöht und die benötigte Brennstoffmenge entsprechend verringert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein dritter Wärmeübertrager im Fluidkreislauf zwischen Entspannungsmaschine und erstem Wärmeübertrager und zwischen Verdichter und Abhitzenutzungssystem angeordnet. Der Zweck des zusätzlichen, dritten Wärmeübertragers besteht in der Optimierung der Teillastfahrweise. Durch Einsatz des dritten Wärmeübertragers in der Teillast gelingt es bei einer einfachen Festdruckfahrweise auf der Expanderaustrittsseite (Niederdruckseite) die durch das verkürzte Expansionsverhältnis entstehende Temperaturüberhöhung prozessintern zu verschieben. Damit verbunden ist eine signifikante Wirkungsgradverbesserung sowie eine einfache Regelmöglichkeit der Fluideintrittstemperatur in das Abhitzenutzungssystem.
  • Da der dritte Wärmeübertrager in der Regel nur in der Teillast genutzt werden sollte, ist es vorteilhaft, wenn zwei Umgehungsleitungen um den dritten Wärmeübertrager angeordnet sind, d.h. eine Umgehungsleitung je Seite des dritten Wärmeübertragers, um im Volllastpunkt keine wirkungsgradschädlichen Druckverluste durch den dritten Wärmeübertrager zu erzeugen.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der Teillast wäre die Gleitdruckfahrweise auf der Niederdruckseite ohne zusätzlichen, d.h. dritten, Wärmetauscher aber mit einer deutlich komplexeren Druckhaltung/-regelungsanlage.
  • Die beanspruchte Vorrichtung ist für verschiedene tiefkalt verflüssigte Gase nutzbar. Es ist vorteilhaft, wenn das tiefkalt verflüssigte Gas Erdgas ist, alleine schon im Hinblick auf seine Verwendbarkeit in der Wärmekraftmaschine, aber auch im Hinblick auf die Wahl des Fluides im Fluidkreislauf und den Wirkungsgrad der Gesamtanlage. Eine Alternative zu Erdgas ist beispielsweise Wasserstoff.
  • Bei Verwendung von verflüssigtem Erdgas als tiefkalt verflüssigtes Gas ist es besonders vorteilhaft, wenn der Fluidkreislauf ein Stickstoffkreislauf ist. Nicht zuletzt wegen seiner Inert-Eigenschaften ist die Verwendung von Stickstoff vorteilhaft. Aber auch, weil die Erstarrungstemperatur mit -210°C deutlich unterhalb der LNG-Temperatur von -162°C liegt, so dass ein Ausfrieren des Fluides nicht möglich ist.
  • Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, bei dem ein tiefkalt verflüssigtes Gas verdichtet und in einem ersten Wärmeübertrager mit einem Fluidstrom erwärmt und verdampft wird und zumindest zum Teil einer Wärmekraftmaschine zugeführt wird, und bei dem der Fluidstrom im Kreis geführt wird, wobei das Fluid im ersten Wärmeübertrager das tiefkalt verflüssigte Gas erwärmt und dadurch selbst abgekühlt wird, anschließend in einem Verdichter verdichtet wird, in einem der Wärmekraftmaschine nachgeschalteten Abhitzenutzungssystem mit Abgasen der Wärmekraftmaschine erwärmt wird und in einer Entspannungsmaschine entspannt wird, die einen Generator antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter zumindest von der Entspannungsmaschine oder von der Wärmekraftmaschine angetrieben wird.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn das der Wärmekraftmaschine zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Fluid in einem zweiten Wärmeübertrager bzw. im Abhitzenutzungssystem für eine Verbrennung vorgewärmt wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das im Kreis geführte Fluid von der Entspannungsmaschine kommend im zweiten Wärmeübertrager zuerst lediglich den der Wärmekraftmaschine zugeführten Teil des vormals tiefkalt verflüssigten Gases und dann im ersten Wärmeübertrager den Gesamtstrom des tiefkalt verflüssigten Gases erwärmt.
  • Alternativ dazu kann das der Wärmekraftmaschine zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Abgas der Wärmekraftmaschine im Abhitzenutzungssystem für eine Verbrennung vorgewärmt werden.
  • Vorteilhafter Weise wird im Teillastbetrieb Wärme innerhalb des Fluidkreislaufs verschoben.
  • Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn Wärme vom Fluid nach der Entspannungsmaschine und vor dem ersten Wärmeübertrager auf das Fluid nach dem Verdichter und vor dem Abhitzenutzungssystem mittels eines dritten Wärmeübertragers übertragen wird.
  • Im Vollastbetrieb hingegen ist es vorteilhaft, wenn das Fluid beidseitig um den dritten Wärmeübertrager geleitet wird. Vorteilhafter Weise wird als tiefkalt verflüssigtes Gas verflüssigtes Erdgas verwendet.
  • Es ist zweckmäßig, wenn als Fluid im Fluidkreislauf Stickstoff verwendet wird.
  • Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Konzept in bevorzugter Weise das LNG am Terminal Point zum Gasnetz auf das gewünschte Druck- und Temperaturniveau eingestellt werden.
  • Durch die optimale Kombination der Systeme und eine optimale Wahl der Prozessparameter gelingt es beispielsweise, LNG-Verstromungswirkungsgrade von bis zu 64% zu erreichen. Damit wird ein Niveau erreicht, dass mit konventioneller GUD-Technik in den nächsten 5 Jahren nicht darstellbar sein wird.
  • Weitere Vorteile sind:
    • alle Prozessparameter sind mit bereits heute verfügbaren Komponenten darstellbar,
    • das Kraftwerk benötigt für seinen Betrieb kein Wasser,
    • eine einfache Prozessstruktur ermöglicht einfache Regelung (z.B. nur eine Druckstufe im Stickstoffprozess statt mehrere),
    • das Verfahren ist umweltfreundlich, da gegenüber bisherigen Wiedervergasungsansätzen potentiell umweltschädliche Medien wie Glykol nicht vorhanden sind,
    • Vorrichtung und Verfahren sind sehr kostengünstig und wenig fehleranfällig, da das Konzept allgemein sehr einfach gehalten ist (z.B. nur ein Druck-Niveau im Abhitzenutzungssystem) und mit wenigen Komponenten auskommt (z.B. werden keine zusätzlichen aktiven Komponenten auf der LNG-Seite benötigt,
    • die Konzeptperformance ist unabhängig vom LNG-Systemdruck und
    • die Anordnung des Verdichters und der Entspannungsmaschine (einschließlich eines elektrischen Generators) bzw. des Verdichters und der Wärmekraftmaschine (einschließlich eines weiteren elektrischen Generators) in
  • einem Strang vermeidet einen separaten Verdichtermotor, verringert die Größe des jeweiligen Generators und spart entsprechend Kosten.
  • Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
    • Figur 1
    eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung von verflüssigtem Erdgas nach der Erfindung mit Brennstoffvorwärmung durch Wärmeübertrag aus dem Fluidkreislauf,
    Figur 2
    eine alternative Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Brennstoffvorwärmung über das Abgas der Wärmekraftmaschine,
    Figur 3
    ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem der Verdichter für den Fluidkreislauf aus zwei Teilverdichtern besteht, die auf unterschiedliche Weise angetrieben werden und
    Figur 4
    ein Ausführungsbeispiel optimiert für unterschiedliche Lastzustände.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases gemäß der Erfindung.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Leitung 2 für das tiefkalt verflüssigte oder wiederverdampfte Gas, beispielsweise Erdgas, und eine in der Leitung 2 angeordnete Pumpe 3. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 der Figur 1 eine Gasturbine als Wärmekraftmaschine 4 mit nicht näher bezeichnetem Generator, sowie ein der Wärmekraftmaschine 4 nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem 5, ähnlich einem Abhitzedampferzeuger bei Gas- und Dampfturbinenanlagen. Allerdings sieht die Erfindung keinen Wasser-Dampf-Kreislauf vor.
  • Von der Leitung 2 zweigt eine in die Wärmekraftmaschine 4 mündende Zweigleitung 6 ab.
  • Der in der Figur 1 dargestellte Fluidkreislauf 7 könnte beispielsweise ein Stickstoffkreislauf sein und umfasst in Strömungsrichtung des Fluids angeordnet folgende Komponenten:
    • ein erster Wärmeübertrager 8, der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe 3 in die Leitung 2 geschaltet ist, so dass im Betrieb Wärme vom Stickstoff auf das verflüssigte Erdgas übertragen wird, wobei das verflüssigte Erdgas verdampft,
    • ein Verdichter 9, mit dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Stickstoff für einen optimalen Wärmeübertrag bis in den überkritischen Druckbereich gebracht werden kann,
    • das Abhitzenutzungssystem 5 und
    • eine Turbine als Entspannungsmaschine 10 mit angekoppeltem Generator 11.
  • Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 bildet der Verdichter 9 gemäß der Erfindung einen Strang mit der Entspannungsmaschine 10.
  • Ein Teil des wiederverdampften Erdgases wird im Ausführungsbeispiel der Figur 1 einem Gasnetz 16 und ein anderer Teil der Gasturbine (Wärmekraftmaschine 4) zugeführt.
  • Zur Brennstoffvorwärmung ist ein zweiter Wärmeübertrager 12 in der Zweigleitung 6 und im Fluidkreislauf 7 in Strömungsrichtung des Fluids nach der Entspannungsmaschine 10 und vor dem ersten Wärmeübertrager 8 angeordnet.
  • Die Entspannungsmaschine 10, in der im Ausführungsbeispiel der Figur 1 Stickstoff entspannt wird, weist Leckagen 17 auf. Diese können zumindest zum Teil abgesaugt und dann in den Fluidkreislauf 7 rückgeführt werden. Allgemein ist eine Zuspeisung von Stickstoff in den Fluidkreislauf 6 vorgesehen (Rückführung und Zuspeisung von Stickstoff sind nicht gezeigt) .
  • Figur 2 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit alternativer Brennstoffvorwärmung, bei der eine Wärmeübertragerfläche 13 in der Zweigleitung 6 und im Abhitzenutzungssystem 5 angeordnet ist.
  • Figur 3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der der Verdichter 9 zwei Teilverdichter 9a und 9b umfasst, von denen der eine 9a auf einer Achse mit der Entspannungsmaschine 10 und der andere 9b auf einer Achse mit der Wärmekraftmaschine angeordnet ist.
  • Figur 4 schließlich zeigt eine für Teillastanwendungen optimierte Variante der Erfindung, bei der ein dritter Wärmeübertrager 14 im Fluidkreislauf 7 zwischen Entspannungsmaschine 10 und erstem Wärmeübertrager 8 und zwischen Verdichter 9 und Abhitzenutzungssystem 5 angeordnet ist, um Wärme innerhalb des Fluidkreislaufs 7 verschieben zu können.
  • Bei Volllast entfällt eine solche Wärmeverschiebung, weshalb zwei Umgehungsleitungen 15 um den dritten Wärmeübertrager 14 angeordnet sind. Somit werden im Volllastpunkt keine wirkungsgradschädlichen Druckverluste im dritten Wärmeübertrager 14 erzeugt.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele. Vielmehr umfasst die Erfindung auch andere denkbare Konstellationen im Hinblick auf Brennstoffvorwärmung (Wärmeübertrag vom Fluid, Wärmeübertrag vom Abgas), Art der Fluidverdichtung (Verdichter 9 bildet einen Strang mit der Entspannungsmaschine 10, Verdichter 9 bildet einen Strang mit der Wärmekraftmaschine 4, Verdichter 9 umfasst zwei Teilverdichter 9a und 9b, wobei der Teilverdichter 9a mit der Entspannungsmaschine 10 und Teilverdichter 9b mit der Wärmekraftmaschine 4 einen Strang bildet) und Teillastoptimierung mittels drittem Wärmeübertrager 14 in Kombination mit den entsprechenden Umgehungsleitungen 15.

Claims (17)

  1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, umfassend eine Leitung (2) für das tiefkalt verflüssigte oder wiederverdampfte Gas, eine in der Leitung (2) angeordnete Pumpe (3), eine Wärmekraftmaschine (4), ein der Wärmekraftmaschine (4) nachgeschaltetes Abhitzenutzungssystem (5), eine von der Leitung (2) abzweigende und in die Wärmekraftmaschine (4) mündende Zweigleitung (6), sowie einen Fluidkreislauf (7), wobei in dem Fluidkreislauf (7) in Strömungsrichtung des Fluids folgende Komponenten hintereinander angeordnet sind:
    - ein erster Wärmeübertrager (8), der ferner in Strömungsrichtung des tiefkalt verflüssigten Gases hinter die Pumpe (3) in die Leitung (2) geschaltet ist,
    - ein Verdichter (9),
    - das Abhitzenutzungssystem (5) und
    - eine Entspannungsmaschine (10) mit angekoppeltem Generator (11),
    dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (9) einen Strang mit zumindest der Entspannungsmaschine (10) oder der Wärmekraftmaschine (4) bildet.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Wärmeübertrager (12) in der Zweigleitung (6) und im Fluidkreislauf (7) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der zweite Wärmeübertrager (12) in Strömungsrichtung des Fluids nach der Entspannungsmaschine (10) und vor dem ersten Wärmeübertrager (8) im Fluidkreislauf (7) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Wärmeübertragerfläche (13) in der Zweigleitung (6) und im Abhitzenutzungssystem (5) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein dritter Wärmeübertrager (14) im Fluidkreislauf (7) zwischen Entspannungsmaschine (10) und erstem Wärmeübertrager (8) und zwischen Verdichter (9) und Abhitzenutzungssystem (5) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei zwei Umgehungsleitungen (15) um den dritten Wärmeübertrager (14) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das tiefkalt verflüssigte Gas Erdgas ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidkreislauf (6) ein Stickstoffkreislauf ist.
  9. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und zur Verdampfung eines tiefkalt verflüssigten Gases, bei dem ein tiefkalt verflüssigtes Gas verdichtet und in einem ersten Wärmeübertrager (8) mit einem Fluidstrom erwärmt und verdampft wird und zumindest zum Teil einer Wärmekraftmaschine (4) zugeführt wird, und bei dem der Fluidstrom im Kreis geführt wird, wobei das Fluid im ersten Wärmeübertrager (8) das tiefkalt verflüssigte Gas erwärmt und dadurch selbst abgekühlt wird, anschließend in einem Verdichter (9) verdichtet wird, in einem der Wärmekraftmaschine (4) nachgeschalteten Abhitzenutzungssystem (5) mit Abgasen der Wärmekraftmaschine (4) erwärmt wird, und in einer Entspannungsmaschine (10) entspannt wird, die einen Generator (11) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (9) zumindest von der Entspannungsmaschine (10) oder von der Wärmekraftmaschine (4) angetrieben wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das der Wärmekraftmaschine (4) zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Fluid in einem zweiten Wärmeübertrager (12) für eine Verbrennung vorgewärmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das im Kreis geführte Fluid von der Entspannungsmaschine (10) kommend im zweiten Wärmeübertrager (12) zuerst lediglich den der Wärmekraftmaschine (4) zugeführten Teil des vormals tiefkalt verflüssigten Gases und dann im ersten Wärmeübertrager (8) den Gesamtstrom des tiefkalt verflüssigten Gases erwärmt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das der Wärmekraftmaschine (4) zugeführte, vormals tiefkalt verflüssigte Gas durch das Abgas der Wärmekraftmaschine (4) im Abhitzenutzungssystem (5) für eine Verbrennung vorgewärmt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei im Teillastbetrieb Wärme innerhalb des Fluidkreislaufs (7) verschoben wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Wärme vom Fluid nach der Entspannungsmaschine (10) und vor dem ersten Wärmeübertrager (8) auf das Fluid nach dem Verdichter (9) und vor dem Abhitzenutzungssystem (5) mittels eines dritten Wärmeübertragers (14) übertragen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem im Volllastbetrieb das Fluid beidseitig um den dritten Wärmeübertrager (14) geleitet wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei als tiefkalt verflüssigtes Gas verflüssigtes Erdgas verwendet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei als Fluid im Fluidkreislauf (7) Stickstoff verwendet wird.
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