[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk mit einer Kondensationsanlage gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Kondensationsanlagen werden zur Kühlung von Turbinen- oder Prozessabdämpfen verwendet
und sind im energietechnischen Bereich in sehr großen Dimensionen seit vielen Jahren
im Einsatz. Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks hängt nicht unerheblich von der Kondensationsleistung
der Kondensationsanlage ab, wobei die lokalen klimatischen Verhältnisse und die hiermit
zusammenhängenden Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen einen erheblichen Einfluss
auf die Kondensationsleistung haben. Heutige Bauformen von Kondensationsanlagen weisen
daher Windschutzwände auf, welche die Wärmetauscherelemente in ihrer Gesamtheit umgeben,
um eine Rezirkulation der erwärmten Kühlluft zu verhindern.
[0003] Wichtig ist auch, dass alle Ventilatoren der Kondensationsanlage möglichst gleichmäßig
angeströmt werden. Höhere naturbedingte Windgeschwindigkeiten können zu einem lokalen
Druckabfall unterhalb der Ventilatoren führen. Die betroffenen Ventilatoren können
nicht genügend Kühlluft fördern, wodurch die Kondensationsleistung sinkt und eine
an den Dampfkreislauf angeschlossene Turbine unter Umständen in ihrer Leistung zurückgefahren
werden muss.
[0004] Das andere Extrem ist, dass sich die Kondensationsanlage unter Umständen im Windschatten
von Gebäudestrukturen, insbesondere im Windschatten des Kesselhauses und des Turbinenhauses
eines Kraftwerks befindet. Üblicherweise wird eine Kondensationsanlage so nah wie
möglich, d.h. in unmittelbarer Nachbarschaft zum Turbinenhaus errichtet, um die Leitungswege
kurz zu halten und den Wasserdampf so schnell wie möglich zu kondensieren. Um dennoch
eine optimale Anströmung zu gewährleisten, werden Kondensationsanlagen bereits relativ
hoch aufgeständert, damit eine im Wesentlichen ungehinderte Anströmung von allen Seiten,
d.h. unabhängig von der Windrichtung möglich ist. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt,
dass bei Kondensationsanlagen, deren Ansaugraum unterhalb der Ventilatoren im Windschatten
von Gebäudstrukturen angeordnet ist, Warmluftrezirkulationen auftreten und zwar dort,
wo die anströmende Luft durch den verbleibenden Freiraum zwischen Gebäudestruktur
und der aufgeständerten Kondensationsanlage aufgrund der lokalen Querschnittsverengung
mit relativ hoher Geschwindigkeit nach unten und unter die Wärmetauscherelemente strömt.
Hierbei kann es zu dem unerwünschten Effekt kommen, dass trotz installierter Windschutzwände
erwärmte Kühlluft von der zuströmende Kühlluft mitgerissen wird und unter die Wärmetauscherelemente
befördert wird, d.h. es kommt zur Warmluftrezirkulation. Durch die Temperaturerhöhung
der Kühlluft sinkt die Kondensationsleistung, was sich wiederum nachteilig auf den
Kraftwerkwirkungsgrad auswirkt.
[0005] Aus der
DE3421200 ist ein Kraftwerk mit einer Kondensationsanlage bekannt bei dem die Kondensationsanlage
mit einer Längsseite in unmittelbarer Nachbarschaft neben einer Gebäudestruktur des
Kraftwerks angeordnet ist und Warmluftrezirkulation durch eine aerodynamische Wand
reduziert wird. Die Luftzuführung zu der Kondensationsanlage erfolgt von drei Seiten.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftwerk mit einer
Kondensationsanlage zur Kondensation von Wasserdampf gemäß den Merkmalen im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, bei welchem die Warmluftrezirkulation vermindert
ist und gleichzeitig eine gute Luftzuführung zur Kondensationsanlage sichergestellt
wird, unabhängig davon, aus welcher Richtung der Wind kommt.
[0007] Die Lösung wird in einem Kraftwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. gesehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0008] umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass das angesprochene Problem der Warmluftrezirkulation
besonders kostengünstig dadurch gelöst werden kann, wenn Gebäudestrukturen, die benachbart
der Kondensationsanlage platziert sind, tunnelartige Windpassagen aufweisen, durch
welche Kühlluft unter die Wärmetauscherelemente strömt und/oder gesaugt wird. Die
Windpassagen sind insbesondere in Turbinenhäusem vorgesehen und erfordern keine separat
zu errichtenden Strukturen. Wichtig ist, dass die unter Umständen ohnehin zwischen
Kesselhäusern vorhandenen, unbebauten Freiräumen zur Kondensationsanlage hin geöffnet
werden, so dass anströmende Luft bodennah zwischen den Kesselhäusern hindurch in die
Windpassagen des Turbinenhauses strömen kann und damit nicht ausschließlich den längeren
und rezirkulationsgefährdeten Weg über die Dächer der Kessel- und Turbinenhäuser hinweg
nehmen muss, sondern unmittelbar von unten in den Ansaugraum der Kondensationsanlage
gelangt. Die Auslegung, das heißt insbesondere die Größe der Windpassagen erfolgt
anforderungsgerecht und unter Berücksichtigung der lokal vorherrschenden Windverhältnisse,
der klimatischen Bedingungen sowie weiterer Einflussgrößen, so dass sichergestellt
werden kann, dass die Kondensationsanlage bis zu bestimmten Windgeschwindigkeiten
rezirkulationsfrei arbeitet, selbst wenn die Kondensationsanlage im Windschatten von
Gebäudestrukturen des Kraftwerks steht. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich,
Garantiezusagen besser einzuhalten, z.B. wenn von dem Betreiber des Kraftwerks gefordert
wird, dass die Kondensationsanlage bei Windgeschwindigkeiten über 3 m/s rezirkulationsfrei
arbeiten soll. Die Auslegung der Kondensationsanlage kann aufgrund der komplexen Strömungsverhältnisse
nicht auf analytischem Wege erfolgen, sondern nur über numerische Berechnungsmethoden.
Mit Hilfe von CFD-Verfahren (Computational Fluid Dynamics) ist es möglich, verschiedene
Formgebungen und Anordnungen der Gebäudestrukturen zu vergleichen und auf diese Weise
lokale Strömungserscheinungen zu analysieren, die mit Messungen nur schwer oder überhaupt
nicht zu erfassen sind. Aufgrund der Vielzahl der Parameter und der Größe heutiger
Kraftwerksneubauten ergeben sind ausgesprochen komplexe Berechnungsmodelle, durch
welche sich das bekannte Problem der Warmluftrezirkulation oftmals überhaupt erst
lokalisieren lässt.
[0009] Selbstverständlich ist es immer möglich, sehr hohe Windschutzwände randseitig der
Wärmetauscherelemente anzuordnen, so dass die erwärmte Kühlluft keinesfalls mit der
angesaugten Kühlluft vermischt wird. Allerdings sind die Investitionskosten bei der
Errichtung moderner Kraftwerke erheblich, so dass nach kostengünstigen Alternativen
und unterstützenden Maßnahmen gesucht werden muss. Durch das Vorsehen von Windpassagen
in bislang geschlossenen Gebäudestrukturen eröffnen sich nicht nur neue Stromlinien
für die Zuführung von Kühlluft, sondern zudem effektive Möglichkeiten, den Einfluss
des Windes auf den Kraftwerkwirkungsgrad bei gleichzeitig geringen Investitionen zu
vermindern.
[0010] Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn Windtore zum Verändern der Durchströmfläche
der Windpassagen vorgesehen sind. Die Breite der Windpassagen ist häufig durch bauliche
Notwendigkeiten vorgegeben. Diese Abstände werden sich oftmals kaum verändern lassen.
Allerdings kann durch Windtore relativ genau gesteuert werden, welche Luftmenge durch
die Windpassagen geführt werden soll. Die Windtore sind im Regelfall vollständig geöffnet,
um einen ungehinderten Durchtritt der anströmenden Luft zu ermöglichen. Umgekehrt
ist es auch möglich, die Windtore zumindest teilweise zu schließen, wenn die Windgeschwindigkeit
zu hoch ist oder wenn sich die Windrichtung geändert hat. Insbesondere können die
Windtore mit Mitteln gekoppelt sein, über welche die Durchströmfläche in Abhängigkeit
von der Windrichtung steuerbar ist. Beispielsweise könnte es von Nachteil sein, wenn
nicht die Kondensationsanlage, sondern die Kessel- und Turbinenhäuser im Windschatten
stehen. In diesem Fall ist es zweckmäßiger, die Windtore geschlossen zu halten, damit
sich unterhalb der Wärmetauscherelemente ein gewisser Staudruck ausbildet, der durch
das Schließen der Windtore erhöht werden kann. Entscheidend ist letztlich, dass die
Kondensationsanlage "atmen" kann, d.h., dass ihr unabhängig von der Windrichtung Kühlluft
in einer Art und Weise zuströmt, die eine Warmluftrezirkulation verhindert.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
- Figuren 1 und 2
- zwei perspektivische Darstellungen eines Kraftwerksmodells gemäß dem Stand der Technik;
- Figuren 3 und 4
- zwei perspektivische Darstellungen eines Kraftwerksmodells gemäß der erfindungsgemäßen
Lösung;
- Figur 5
- ein Modell, das die Strömungsverhältnisse bei einem Kraftwerk gemäß dem Stand der
Technik zeigt und
- Figur 6
- ein Modell, das die Strömungsverhältnisse bei einem lösungsgemäßen Kraftwerk zeigt.
[0012] Figur 1 zeigt ein Berechnungsmodell eines Kraftwerks 1 mit einer Kondensationsanlage
2 zur Kondensation von Wasserdampf, welcher der Kondensationsanlage 2 aus einem Turbinenhaus
3 zugeführt wird. Dem Turbinenhaus 3 ist ein Kesselhaus 4 vorgelagert. Das Turbinenhaus
3 und das Kesselhaus 4 werden in ihrer Gesamtheit als Gebäudestrukturen des Kraftwerks
bezeichnet. Die Windrichung W wird durch den eingezeichneten Pfeil symbolisiert. Die
Windgeschwindigkeit beträgt zum Beispiel 7 m/s. Anhand der unterschiedlichen Grauschattierungen
ist der Temperaturverlauf der aus den Wärmetauscherelementen 5 austretenden, erwärmten
Kühlluft zu erkennen, wobei insbesondere der eingekreiste Bereich von Interesse ist.
Dort ist zu erkennen, dass offensichtlich im Bereich der dem Turbinenhaus 3 und dem
Kesselhaus 4 benachbarten Längsseite der Kondensationsanlage 2 ein Teil der erwärmten
Kühlluft wieder von unten in die Wärmetauscherelemente 5 eintritt. Dies ist an dem
dargestellten Temperaturgefälle der Kühlluft zu erkennen. Hier kommt es trotz vorhandener
Windschutzwände zu Warmluftrezirkulationen.
[0013] Aus Figur 2 wird anhand der eingezeichneten Strömungslinien deutlich, dass Warmluftrezirkulation
nicht nur in dem eingekreisten Eckbereich der dargestellten Kondensationsanlage auftritt,
sondern auch im Bereich des Windschattens hinter den Kessel- und Turbinenhäusem 3,
4. Der Grund hierfür ist in Figur 5 zu erkennen. Die eingezeichneten Pfeile in Figur
5 verdeutlichen die lokale Windrichtung. Die Länge der Pfeile ist ein Maß für die
lokale Windgeschwindigkeit. Das in der Bildebene von rechts angeströmte Kraftwerk
1 weist eine Kondensationsanlage 2 auf, die im Windschatten der Gebäudestruktur eines
Kraftwerks, d.h. des Kesselhauses 4 und insbesondere des Turbinenhauses 3 liegt. Obschon
die Kondensationsanlage 2 hoch aufgeständert ist, führt die räumliche Nähe zum Turbinenhaus
3 dazu, dass der in der Bildebene von rechts anströmende Wind durch einen relativ
schmalen Bereich unter die Wärmetauscherelemente 5 der Kondensationsanlage 2 gesaugt
werden muss. Die hohe Anzahl und Dichte der einzelnen Pfeile in diesem Bereich verdeutlicht,
dass dort relativ hohe Windgeschwindigkeiten vorherrschen. Diese hohen Windgeschwindigkeiten
wiederum führen dazu, dass auch randseitig der Kondensationsanlage 2 in dem eingekreisten
Bereich aus den Wärmetauscherelementen 5 austretende Warmluft mitgerissen wird und
wieder unter die Kondensationsanlage 2 strömt.
[0014] Im Rahmen der Erfindung ist nun vorgesehen, dass die den Windschatten erzeugenden
Gebäudestruktur, das heißt in diesem Fall das Turbinenhaus 3, tunnelartige Windpassagen
6 aufweist, durch welche Kühlluft unter die Wärmetauscherelemente 5 strömt und/oder
gesaugt wird. Figur 3 zeigt, dass das Turbinenhaus keine Barriere mehr für die zwischen
den Kesselhäusern 4 hindurchströmende Kühlluft darstellt, sondern vielmehr eine Windpassage
6 begrenzt, die über ein lediglich andeutungsweise eingezeichnetes Windtor 7 mit dem
Ansaugraum unterhalb der Kondensationsanlage 2 strömungstechnisch verbunden ist. Die
Windpassage 6 wird quasi als Tunnel durch das Turbinenhaus 3 geführt.
[0015] Theoretisch wäre es denkbar, das Turbinenhaus in einzelne Abschnitte zu unterteilen,
so dass sich einzeln nebeneinander stehende Gebäude ergeben. Allerdings wird die gemeinsam
genutzte Infrastruktur dann ebenfalls unterbrochen. Insbesondere im Hinblick auf die
Nutzung eines Laufkranes stellt die Untertunnelung eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung
dar.
[0016] Die Darstellung der Figur 4 zeigt, dass die Windpassagen 6 unterhalb der auf einer
Stützkonstruktion 8 angeordneten Wärmetauscherelemente 5 der Kondensationsanlage 2
münden, so dass die aus den Windpassagen 6 austretende Luft nicht vollständig über
die Dächer der Turbinenhäuser 3 und Kesselhäuser 4 angesaugt werden muss, sondern
auch unmittelbar über die Windpassagen 6 der Kondensationsanlage 2 zugeführt werden
kann.
[0017] Anhand der Figur 6 ist zu erkennen, dass in einer Schnittebene durch die Windpassage
6 ein erheblicher Anteil der angesaugten bzw. anströmenden Kühlluft der Kondensationsanlage
2 durch die Windpassage 6 zugeführt wird. Der Anteil ist zumindest so groß, dass es
in dem in Figur 5 dargestellten Bereich zu keiner Warmluftrezirkutation mehr kommt
und damit zu keiner Beeinträchtigung des Kraftwerkswirkungsgrads.
Bezugszeichen:
[0018]
- 1 -
- Kraftwerk
- 2 -
- Kondensationsanlage
- 3 -
- Turbinenhaus
- 4 -
- Kesselhaus
- 5 -
- Wärmetauscherelement
- 6 -
- Windpassage
- 7 -
- Windtor
- 8 -
- Stützkonstruktion
- W -
- Windrichtung
1. Kraftwerk mit einer Kondensationsanlage zur Kondensation von Wasserdampf, wobei die
Kondensationsanlage (2) auf einer Stützkonstruktion (8) angebrachte und durch Kühlluft
von unten angeströmte Wärmetauscherelemente (5) aufweist, wobei die Kondensationsanlage
(2) mit ihrer einen Längsseite in unmittelbarer Nachbarschaft neben einer Gebäudestruktur
des Kraftwerks (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebäudestruktur (3) wenigstens eine tunnelartige Windpassage (6) aufweist, durch
welche Kühlluft unter die Wärmetauscherelemente (5) strömt und/oder gesaugt wird.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windpassage (6) ein Turbinenhaus (3) durchsetzt.
3. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Windtore (7) zum Verändern der Durchströmfläche der Windpassage (6) vorgesehen sind.
4. Kraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windtore (7) mit Mitteln gekoppelt sind, über welche die Durchströmfläche in
Abhängigkeit von der Windrichtung (W) steuerbar ist.
1. Power station with a condenser installation for the condensation of water vapour,
said condenser installation (2) comprising heat exchanger elements (5) which are mounted
on a supporting structure (8) and past which cooling air flows from below, the condenser
installation (2) being arranged with one of its longitudinal sides directly adjacent
a building structure of the power station (1), characterised in that the building structure (3) has at least one tunnel-type wind passage (6), through
which cooling air flows and/or is sucked beneath the heat exchanger elements (5).
2. Power station according to claim 1, characterised in that the wind passage (6) passes through a turbine house (3).
3. Power station according to claim 1, characterised in that wind gates (7) are provided to vary the flow-through area of the wind passage (6).
4. Power station according to claim 3, characterised in that the wind gates (7) are coupled with means via which the flow-through area can be
controlled as a function of the wind direction (W).
1. Centrale électrique comprenant une installation de condensation utilisée pour la condensation
de vapeur d'eau, l'installation de condensation (2) présentant des éléments échangeurs
de chaleur (5) montés sur une structure d'appui (8) et sur lesquels afflue par le
bas l'air de refroidissement, l'installation de condensation (2) étant agencée avec
un de ses côtés longitudinaux dans le voisinage immédiat à côté d'une structure de
bâtiment de la centrale électrique (1), caractérisée en ce que la structure de bâtiment (3) présente au moins un passage au vent de type tunnel
(6), par lequel s'écoule et/ou est aspiré de l'air de refroidissement sous les éléments
échangeurs de chaleur (5).
2. Centrale électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le passage au vent (6) traverse un bâtiment de turbines (3).
3. Centrale électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que des portes coupe-vent (7) sont prévues pour modifier la surface de passage du passage
au vent (6).
4. Centrale électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que les portes coupe-vent (7) sont couplées avec des moyens, par le biais desquels la
surface de passage peut être commandée en fonction de la direction du vent (W).