产生电能的方法和装置的制造方法_3

文档序号:9354664阅读:来源:国知局
热燃烧气体303膨胀至约为大气压力,并做功。其废热用在加热器41内;未提供蒸汽产生。[0061 ] 在第三运行模式C (正常运行-纯发电设备运行)下,冷储存系统200是不运行的,当然,液态空气罐202继续履行其储存功能。在此,发电设备300的燃烧空气经由管线104仅仅来自空气压缩系统100。在此,全部一次压缩空气流101在第一升压器10内被升压到第二压力水平。
[0062]当然,采用如图2中所示的组合系统,混合在图1中所示的运行模式A’和B’也是可以的。
[0063]流入组合系统的和流出组合系统的能量流用粗体示出的箭头来指示。在所有三种运行模式下,空气压缩系统的驱动能量来自外部。通过蒸汽涡轮机、燃气轮机、电动机或其他电动机,例如柴油机,能够以同样的方式或不同的方式驱动一次空气压缩机2和第一升压器10 (以及再循环压缩机11)。
[0064]在具有装载运行的运行模式(A,A’)下,两个升压器5a和12a由空气涡轮机(也即,间接地来自一次空气压缩机2和后者的驱动器)驱动,因此不需要额外的能量输入。但是,来自外部的其他能量必须输入再循环压缩机11。
[0065]在电力的价格升高时,经常使用卸载运行(B,B’)。乍一看,为此目的采用受外部能量驱动的三种机器27、31、32似乎是荒谬的。然而,这些机器都在冷温度中运行。相比在暖温度下,其压力增大的流的体积低得多。因此,在此只输入非常少量的能量,正如在图2中用相应的较小箭头所示。
[0066]在卸载运行过程中和正常运行过程中,能量以发电机获得的电能的形式输出,也即,用于产生电能的组合系统的实际的最终产物。
[0067]在图2中,包括二次热交换器和一次热交换器的对12/26和28/29分别由一对分开的板式热交换器块来实现。这两对中的每一对都可以通过结合这两种功能的集成一次热交换器来实现。
[0068]图3至图5显示空气蒸发器的另外三个实施方案,所述空气蒸发器可分别替换图2中的空气蒸发器。
[0069]图3显示空气蒸发器的实施方案,其没有超出一次空气压缩机的任何外部能量供应也可以运行。冷机27、31、32分别由空气涡轮机27t、31t和32t驱动。
[0070]为此目的,在栗27内,液态空气达到第四压力水平,这比第二压力水平高得多,并且在本示例性实施方案以及下文的示例性实施方案中,其为65bar。在一次热交换器28内加热之后,在此过程中产生的特别高压的空气被分配到三个并联连接的涡轮机27t、31t和32t,并在那里膨胀到第二压力水平,做功。膨胀做功的空气再度结合,在一次热交换器28内加热,并最终被送入燃烧空气管线204。
[0071]当然,图2和图3中的空气蒸发器的变体之间的中间形式也是可以的,因为,例如,图2中的冷机27、31和32只有一个或两个配备有根据图3的涡轮机驱动器。
[0072]在图4中,液态空气同样在所述栗内达到上述第四压力水平。在此过程中产生的特别高压力的空气,在一次热交换器28内加热到约环境温度之后,在涡轮机204内膨胀到第二压力水平,做功。膨胀做功的空气在一次热交换器28内被加热并最终送入燃烧空气管线 204。
[0073]在图4中,空气涡轮机204被联接到发电机,其在第二运行模式(卸载运行)下,提供额外的电能。冷机27、31和32以类似于图2的方式消耗能量。
[0074]图5大致对应于图4,但第四压力水平的空气在做功膨胀240之前,仅被加热至中间温度140-290K,优选200-290K。因此,空气涡轮机240具有比在图4中更低的入口温度(以及较低的出口温度)。
[0075]可替代地,在本发明中,也可以使用其中空气液化和空气蒸发至少在一定程度上在相同的设备中进行的系统作为冷储存系统。例如,这样的系统在较早的专利申请EP12004833.5和与之对应的专利申请中被描述。
[0076]在图6的示例性实施方案中,在第一运行模式(A)下,通过做功膨胀,以类似于图2至图5中的方式,“第一压缩空气流”102的部分在冷储存系统中产生。在这个实施例中,在第一运行模式下可以省去第一压缩空气流的纯化(干燥)。
[0077]“从压缩空气产生冷量的构件201”具有空气涡轮机13t和具有再冷器13b的升压器13a。“用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件203”包括外部驱动的升压器31。暖热交换器21和冷热交换器26是构件201和构件203两者的组成部分。与图2至图5相反,冷储存器202没有构造成液态空气罐,而是作为在两个不同的温度水平Tl和T2下储存液态储存流体的一对液体罐73/74,其中Τ2ΧΓ1。
[0078]在第一运行模式㈧下,来自暖罐73的储存流体被冷却至约Tl,并被引导入冷罐74中。在本实施例中,液体丙烷用作储存流体,Tl为约90K,T2为约150K。为此目的所需要的(显)冷在空气涡轮机13t内生成。第一压缩空气流102首先在具有再冷器13b的升压器13a内从第二压力水平升压到第三压力水平,然后在暖热交换器21内冷却到例如155K的温度,并在空气涡轮机13t内膨胀到约大气压力,并做功。空气在约85K的温度下进入冷热交换器26,在那里以及在暖热交换器21内被加热至约环境温度。它可以随后被放出到大气中,或者如图6中所示,被送回一次空气压缩机2的入口 ;在极端情况下,空气仅仅被循环,并且全部一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102被引导至冷储存系统(纯装载运行)。
[0079]同时,在第一运行模式下,来自暖罐73的储存流体通过栗71递送到冷热交换器26,在那里从约T2冷却到约Tl,最后被导入冷罐74。
[0080]在第二运行模式(B-纯卸载运行)下,全部一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102通过纯化装置4装载,并作为纯化的第一压缩空气流102a进入冷储存系统。在那里,它在两个热交换器21和26内冷却,在冷压缩机31内达到第二压力水平,在热交换器21内被加热并最终作为“第三压缩空气流”被引导入燃烧空气管线204。小部分206可以通过再生气体加热器6和净化装置4改道,在那里它被用作再生气体。
[0081]与此同时,在第二运行模式下,来自冷罐74的储存流体通过栗71递送至冷热交换器26,在那里从约Tl加热至约T2,并且最后被引导入暖罐73。
[0082]在运行案例B下,“第三压缩空气流”形成发电设备300的全部燃烧空气。
[0083]图6的系统也可以在图1中的修改后的第一运行模式A’和修改后的第二运行模式B’下运行。
[0084]在第三运行模式C (正常运行-纯发电设备运行)下,冷储存系统200是不运行的,并且在罐73和74内的液体水平保持不变。在此,用于发电设备300的燃烧空气经由管线104全部来自空气压缩系统100。在那里,在第一升压器10内,全部一次压缩流101被升压到第二压力水平。
[0085]图7显示组合系统,其仅仅与图6中的略有不同。在此,只显示纯装载运行(A)。在此,代替一次空气压缩机2,第一升压器10被用于产生第一压缩空气流102。在第一升压器10的入口,大气压力占优势。在此,可以这么说,所述冷储存器由升压器装载。
[0086]同样地,图8不同于图6和7之处仅在于装载运行(A),特别是在于,一次空气压缩机2和第一升压器10两者被用于产生第一压缩空气流102。在此,从两个压缩机2和10运行冷回路。涡轮机具有相同的入口温度和出口温度。
[0087]此外,“用于从压缩空气产生冷量的构件201”具有第二涡轮机-升压器组合12。这在涡轮机侧上并联且在压缩机侧串联到第一涡轮机-升压器组合13。
[0088]图9不同于图8之处在于:两个涡轮机-升压器组合12和13也在压缩机侧并联连接。
[0089]图10大致对应于图6。然而,冷储存器200被构造为再生器冷储存器。再生器28的储存物质在第一运行模式(A)下被冷却,并且在第二运行模式(B)下被再次加热。冷量生成以及第三压缩空气流的生成以类似于图6的方式运行。正常运行与图6(C)没有不同。
[0090]以类似于图7、图8和图9的压缩机配置的方式,图10的示例性实施方案也可以被修改,以使得在第一运行模式下,只有第一升压器10或一次空气压缩机和升压器2两者产生“第一压缩空气流”,其被引导进入冷储存系统。如果在这里使用两个涡轮机-升压器组合,那么还必须使用两个并联连接的再生器或者一个具有两个通道的再生器。
[0091]在图11中,详细显示了图6至图9的冷储存器202,特别是在第一运行模式(A)(冷空气送入热交换器26)下和在第二运行模式(B)(暖空气送入热交换器26)下。尽管来自容器73/74的液体被往复栗送到74/73的另一个中,来自液体上方的气体空间中的蒸汽或气体被引出接收容器74/73而进入源容器73/74。这两个容器73/74的气体空间可以被诸如氮气的不冷凝气体填充。
[0092]图10的再生器28的其他细节显示在图12中。其具有外部容器120、保温器121和内部容器122,其填充有具有高热容量的多孔物质123。
[0093]在迄今所示的所有示例性实施方案中,可以使用发电设备300的替代性实施方案之一,如在图13至18图中所示。
[0094]在图13中,图2的热交换器(回流换热器)41被略去,而是使用蒸汽产生系统46(HRSG =热回收蒸汽发生器-有时也指废热锅炉),以通过蒸汽涡轮机产生其他电能。
[0095]在图14中,其他热量经由额外的加热器45结合到燃烧空气中。其他热量的来源可以是期望的任何一种,例如来自另一过程的余热,来自热储存器的热量或者来自太阳能系统(solar system)。其结果是,与图2的发电设备300相比具有相同的能量产生率(energygenerat1n rate)时,可以节约燃料。
[0096]图15显示具有两台燃烧涡轮机44a和44b的系统的三种变体,所述两台燃烧
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