[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Dampfkraftwerk, wie Braun- oder Steinkohlekraftwerk,
mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, einer an einen Generator für die elektrische Energieerzeugung
angeschlossenen Turbinenanordnung und einem thermischen Energiespeicherteil, der eine
ein Wärmespeichermedium enthaltende Wärmespeichereinheit, eine Wärmeeinkopplungseinrichtung
sowie eine an den Wasser-Dampf-Kreislauf oder einen Rauchgaspfad angeschlossene Entladeeinrichtung
aufweist, und auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Dampfkraftwerks.
[0002] Ein Dampfkraftwerk und ein Verfahren dieser Art sind in der
DE 10 2011 100 517 A1 angegeben. Hierbei ist ein Regelsystem zur Anpassung der Leistung einer Dampfturbine
an eine veränderte Last im Rahmen einer Primärregelung mit einem Wärmespeicher versehen.
Der Wärmespeicher entnimmt bei verringerter Last und dadurch erhöhter Menge von der
Dampfturbine abgezapften Dampfs dem abgezapften Dampf Wärme und gibt bei erhöhter
Last und dadurch entsprechend verringerter Menge von der Dampfturbine abgezapften
Dampfs Wärme an einen Dampf-/Speisewasserkreislauf ab, der die Dampfturbine versorgt.
Daneben ist als denkbar angegeben, den Wärmespeicher gesondert zu beheizen, sofern
nicht Abwärme zur Verfügung steht, z. B auch elektrisch in Zeiten eines Stromüberangebots.
Die elektrische Beheizung des Wärmespeichers wirkt sich dabei nicht auf die Primärregelung
an sich aus. Insgesamt beruht das Regelsystem auf der Variation der abgezapften Dampfmenge
in Verbindung mit der Zwischenspeicherung von Wärme. Die Änderung der Leistung der
Kraftwerksdampfturbine über die Höhe der abgezapften Dampfmenge ergibt einen beschränkten
Spielraum für die Leistungsanpassung. Auch erfordert die konstruktive Ausgestaltung
des Regelsystems nicht geringen Aufwand.
[0003] In der
DE 10 2012 204 081 A1 ist ein Energiespeicherkraftwerk zur elektrischen Stromgewinnung offenbart, welches
zur Überführung von elektrischer Energie in thermische Energie geeignet ist, wobei
die thermische Energie bis zu einem Zeitpunkt des Bedarfs in wenigstens zwei thermischen
Speichern zwischengespeichert werden kann und bei Bedarf zur Erhöhung des Energiegehalts
von Wasser in einem Wasserkreislauf abgerufen werden kann. Dabei ist ein thermischer
Speicher zur Speicherung von fühlbarer Wärme und ein thermischer Speicher zur Speicherung
von Latentwärme vorgesehen. Dieses Energiespeicherkraftwerk und das dabei angewandte
Verfahren macht sich zu Nutzen, dass elektrische Energie, die bei Zeiten der Überschussproduktion
von elektrischer Energie relativ kostengünstig erworben werden kann, in thermische
Energie überführt werden kann, die in geeigneter Weise in dem Energiespeicherkraftwerk
zwischengespeichert wird, und bei Bedarf erneut der Stromerzeugung zugeführt werden
kann. Zur Aufladung der beiden thermischen Speicher muss bei Bedarf elektrische Energie
aus einem elektrischen Versorgungskreislauf, also etwa dem öffentlichen Stromnetz,
entnommen werden, die dann mittels einer oder mehrerer geeigneter Wandelvorrichtungen
in thermische Energie überführt wird. Mit diesen Maßnahmen ist eine schnelle flexible
Anpassung an geänderte Netzlasten in praktisch erforderlichem Umfang kaum zu erreichen,
denn insbesondere bei der thermischen Entladung ist ein Hochfahren des trägen Wärme-Kraftprozesses
notwendig, wodurch kein dynamischer Betrieb erreicht werden kann.
[0004] Die
DE 10 2012 003 267 A1 zeigt verschiedene Wärmespeicher mit elektrischen Heizvorrichtungen, die auch im
Zusammenhang mit einer Dampfkraftwerksanlage einsetzbar sind. Mittels des Wärmespeichers
sollen kurzzeitig hohe Überschuss-Strommengen gespeichert werden können, um diese
zu einem späteren Zeitpunkt über einen längeren Zeitabschnitt wieder abgeben zu können.
Auch solche Vorkehrungen sind unzureichend, um hohe Flexibilitätsanforderungen bei
der Anpassung an angeforderte Leistungen zu erfüllen.
[0005] In den genannten
DE 10 2012 204 081 A1 und
DE 10 2012 003 267 A1 werden Energiespeicherkraftwerke vorgestellt, die grundsätzlich darauf basieren,
dass elektrische Energie aus dem öffentlichen Netz während der Beladung genutzt wird,
um thermische Energiespeicher zu erwärmen. Während der Entladung wird die gespeicherte
thermische Energie verwendet, um einen Wärmekraftprozess (in der
DE 10 2012 204 081 A1 ein Wasser-Dampf-Prozess; in der
DE 10 2012 003 267 A1 ein spezifizierter, nur abstrakt durch den Carnot-Wirkungsgrad beschriebener Prozess)
zu betreiben und somit wieder elektrische Energie in das öffentliche Netz zu speisen.
Dabei geht es grundsätzlich um neu zu bauende Energiespeicherkraftwerke, die elektrische
Energie aus dem/in das öffentliche/n Netz übertragen, und nicht um die Ertüchtigung
vorhandener Kohlekraftwerke. Die bei der Entladung der Energiespeicherkraftwerke laufenden
Wärmeprozesse sind dabei durch thermische Trägheit der Komponenten begrenzt, wobei
der Prozess nur während der Entladephase betrieben wird.
[0006] In der
CH 196 041 A ist eine Einbindung von Wärmespeichern bei Dampfkraftanlagen gezeigt, wobei eine
Aufspeicherung von Dampf in einem Ruths-Speicher genannt ist.
[0007] Weiterhin sind ein Dampfkraftwerk und ein Verfahren aus der
DE 10 2011 078 193 A1 bekannt. Bei diesem Dampfkraftwerk wird an einer Turbinenanordnung ein höherenergetischer
Dampf angezapft und einem an der Turbinenanordnung angezapften niederenergetischen
Dampf zugemischt. Das Dampfgemisch wird einem Vorwärmer, insbesondere einem Hochdruckvorwärmer
des Dampfkraftwerks zur Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Speisewassers
zugeführt. Durch die geregelte oder gesteuerte Zumischung des höherenergetischen Dampfs
zu dem niederenergetischen Dampf soll eine schnelle Leistungsänderung bei dem Dampfkraftwerk
bewirkt werden.
[0008] Bei einem in der
WO 2013/000838 A2 vorgestellten weiteren Dampfkraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb werden zur
schnellen oder temporären Leistungssteigerung Hilfsdampfverbraucher des Dampfkraftwerks
beim An- oder Abfahren desselben mit Hilfsdampf aus einem Hilfsdampferzeuger versorgt.
Bei einer Leistungsanforderung an das Dampfkraftwerk wird der Hilfsdampf in den Wasser-Dampf-Kreislauf
des Dampfkraftwerks eingespeist, dadurch eine Turbine des Dampfkraftwerks mit zusätzlichem
Dampf versorgt und die Leistung des Dampfkraftwerks sofort, schnell oder temporär
gesteigert. In der
DE 10 2012 215 569 A1 ist zur schnellen Wirkleistungsänderung von Dampfkraftwerksanlagen vorgeschlagen,
im Wasser-Dampf-Arbeitskreislauf einen Dampfanteil als Prozessenergie für eine CO
2-Abschalteeinrichtung abzuzweigen, wobei in der Abzweigung oder einer nachfolgenden
Dampfentnahmeleitung eine einstellbare Armatur zur schnellen Erhöhung und Reduzierung
des abgezweigten Dampfanteils vorgesehen ist.
[0010] Im Zuge des zunehmenden Ausbaus erneuerbarer Energie kommt der Flexibilitätssteigerung
konventionell betriebener Kraftwerkstypen, insbesondere Dampfkraftwerken wie Braun-
oder Steinkohlekraftwerken, eine erhöhte Bedeutung zu.
[0011] Von solchen Anforderungen ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Dampfkraftwerk, insbesondere Braun- oder Steinkohlekraftwerk, sowie
ein Verfahren zu dessen Betrieb in der Weise auszugestalten, dass eine möglichst effiziente
Flexibilitätssteigerung erreicht wird.
[0012] Diese Aufgabe wird durch ein Dampfkraftwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass die Wärmeeinkopplungseinrichtung eine elektrische Aufwärmvorrichtung
aufweist, welche über eine elektrische Energiezuführvorrichtung mit von dem Generator
erzeugter, ausgangsseitig an diesem abgenommener elektrischer Energie unter Steuerung
oder Regelung mittels einer Prozesssteuerung beaufschlagbar ist.
[0013] Hinsichtlich der Betriebsweise wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 5 gelöst, wobei vorgesehen ist, dass die dem thermischen Energiespeicherteil
zugeführte Wärmeenergie mittels einer elektrischen Aufwärmvorrichtung erzeugt wird,
wobei die der Aufwärmvorrichtung zugeführte elektrische Leistung der von dem Dampfkraftwerk
erzeugten elektrischen Leistung ausgangsseitig an dem Generator entnommen wird.
[0014] Bei Untersuchungen der Erfinder hat sich als eine vielversprechende Lösung, die zunehmenden
Flexibilitätsanforderungen für Braun- und Steinkohlekraftwerke (Kohlekraftwerke) zu
erfüllen, herausgestellt, dass dafür die Integration von thermischen Energiespeichern
in den Kraftwerksprozess und deren Beheizung durch die am Ausgang des Generators abgenommene
elektrische Leistung in Abhängigkeit von der angeforderten, in das Stromnetz einzuspeisenden
elektrischen Leistung vorteilhaft ist. Dies ermöglicht durch die zeitliche Entkopplung
von thermischer Energie und elektrisch erzeugter Arbeit an der Turbinenanordnung,
d. h. an den in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingebundenen Dampfturbinen, erhöhte Mindestlastabsenkungen
und wesentlich verbesserte Lastgradienten im Vergleich zu konventionell betriebenen
Kohlekraftwerken. Geeignete Integrationsorte zur Ein- und Auskopplung thermischer
Energie in das und aus dem thermischen Speichersystem haben sich vorteilhaft im Wasser-Dampf-Kreislauf,
aber auch im Rauchgaspfad des Dampferzeugers gefunden.
[0015] Bei Lastabsenkung, d. h. verringerter Einspeisung elektrischer Leistung in das Stromnetz,
wird also dem thermischen Speichersystem mit dem Energiespeicher entsprechend mehr
elektrische Leistung über die Aufwärmvorrichtung zugeführt, während bei Lasterhöhung,
also erhöhter Leistungseinspeisung in das Stromnetz, dem thermischen Speichersystem
mit dem Energiespeicher entsprechend weniger elektrische Leistung zugeführt wird,
wobei die Steuerung bzw. Regelung der Leistungsverteilung, insbesondere auch des Betriebs
der Aufwärmvorrichtung, über die Prozesssteuerung erfolgt. Während der Entladung (zu
Zeiten eines hohen elektrischen Energiebedarfs im Netz) kann das Kohlekraftwerk sehr
schnell elektrische Leistung bereitstellen, da es nicht abgeschaltet wurde, sondern
weiterbetrieben wird und somit ein Anfahren des trägen Systems (Warm-/Kaltstart) umgangen
wird. Zusätzlich ermöglicht die beim Beladen gespeicherte Elektrowärme - je nach Integrationsort
- eine elektrische Leistungserhöhung beim Entladen, Einsparungen von Kohle und / oder
ein kraftwerksinternes Wärmemanagement (Hilfsdampf oder dgl.).
[0016] Dabei werden durch die Erweiterung des thermischen Speichersystems durch die elektrische
Aufwärmvorrichtung, d. h. eine leistungsstarke elektrische Heizung, eine hohe Flexibilitätssteigerung
bei Lastabsenkungen, insbesondere auch Mindestlastabsenkung, und Lasterhöhungen sowie
Dynamik erreicht, wobei sich eine hohe Effizienz ergibt und als weiterer Vorteil allenfalls
geringe Integrationseffekte des thermischen Energiespeicherteils in den Kraftwerksprozess
auftreten und sich somit wesentliche Vorteile für eine Nachrüstung bestehender Kohlekraftwerke
ergeben. Die Integration des elektrisch beheizten Wärmespeichers ermöglicht so eine
Fahrweise des Kohlekraftwerks unter konstanten Betriebsbedingungen, wodurch sich auch
Vorteile in der Lebensdauer und der Effizienz ergeben. Die notwendige Flexibilität
wird unter Nutzung des elektrisch beheizten Wärmespeichers und durch das Nicht-Abfahren
des Kohlekraftwerks bereitgestellt.
[0017] Dabei lassen sich durch die Ausgestaltung, dass die elektrische Aufwärmvorrichtung
als Widerstandsheizvorrichtung oder als induktive Heizvorrichtung ausgebildet ist,
leistungsstarke und effiziente Betriebsweisen mit hohen Wirkungsgraden erreichen.
[0018] Verschiedene vorteilhafte thermische Speichersysteme, die hohe Kapazitäts- und Leistungsanforderungen
erfüllen, werden dadurch erhalten, dass der thermische Energiespeicherteil mit einem
Ruths-Speicher, einem Feststoffspeicher oder einem Flüssigsalzspeicher versehen ist.
[0019] Vorteilhafte Integrationsorte, die bei der Einkopplung der thermischen Energie in
das thermische Speichersystems eine hohe Mindestlastabsenkung und gleichzeitig bei
der Auskopplung der thermischen Energie aus dem Speichersystem eine vergleichbare
Leistungserhöhung des Dampfkraftwerks ermöglichen, ergeben sich dadurch, dass die
Entladeeinrichtung in einem Dampferzeugerabschnitt, insbesondere an einem Hochdruckvorwärmer,
oder in einem Speisewasserteil, insbesondere an einem Niederdruckvorwärmer, angeschlossen
ist. Diese Integrationsorte des Speichersystems erlauben mit einem hohen Wirkungsgrad
sowohl eine effiziente Reduktion als auch Erhöhung der von dem Dampfkraftwerk für
äußere Verbraucher bereitgestellten elektrischen Leistung und somit erhebliche Flexibilitätssteigerungen
zur Lastabsenkung beziehungsweise Lasterhöhung. Zudem erlauben die genannten Integrationsorte
eine rückkopplungsarme Einbindung des thermischen Speichersystems in den komplexen
Kraftwerksprozess und ergeben somit keine beziehungsweise vernachlässigbare Einflüsse
auf die betrieblichen Einsatzgrenzen zentraler Kraftwerkskomponenten, wie Dampfkessel,
Turbinen und dergleichen. Die Integrationsorte ergeben Lösungen, die zu lediglich
relativ geringen Verschiebungen der Betriebsbedingungen (z. B. Druck, Temperatur)
im Kraftwerksprozess führen, somit eine erweiterte betriebliche Verfügbarkeit sichern,
und gleichzeitig hohe Flexibilitätssteigerungen erreichen lassen.
[0020] Entsprechende Vorteile ergeben sich bei dem Verfahren dadurch, dass die Wärmeenergie
bei dem Entladevorgang in einem Dampferzeugungsabschnitt, insbesondere in einem Hochdruckvorwärmer,
und in einem Speisewasserteil, insbesondere einem Niederdruckvorwärmer, des Wasser-Dampf-Kreislaufs
zugeführt wird.
[0021] Weitere Vorteile beim Betreiben des Dampfkraftwerks bestehen darin, dass durch den
Entladevorgang eine gegenüber einer Normallast zusätzliche elektrische Leistung abgegeben
wird, indem durch die Entladung der Wärmeenergie in den Wasser-Dampf-Kreislauf ein
erhöhter Dampfmassenstrom durch eine Reduktion des Anzapfdampfmassenstroms und damit
in einer in diesem befindlichen Turbinenanordnung ein erhöhter Volumenstrom erzeugt
wird.
[0022] Zu einer vorteilhaften Betriebsweise tragen ferner die Maßnahmen bei, dass die Beladevorgänge
und die Entladevorgänge von einer Prozesssteuerung in Abhängigkeit von vorgegebenen
und/oder vorgebbaren Prozessparametern gesteuert oder geregelt werden, wobei übergeordnete
Steuer- oder Regelgrößen einbeziehbar sind.
[0023] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt ein Prozessschema eines Wasser-Dampf-Kreislaufs eines Dampfkraftwerks mit einem
eingebundenen thermischen Speichersystem.
[0024] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Wasser-Dampf-Kreislauf 1 eines
Dampfkraftwerks, wie insbesondere eines Braun- oder Steinkohlkraftwerks, mit darin
angeordneten wesentlichen Prozesskomponenten. Mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf 1 ist
dabei ein thermisches Energiespeichersystem mit einem thermischen Energiespeicherteil
5 verbunden. Als wesentliche Prozessabschnitte umfasst der Wasser-Dampf-Kreislauf
1, wie üblich, einen Speisewasserteil 2, einen diesem im Prozessablauf folgenden Dampferzeugerabschnitt
3 und eine mit erzeugtem Dampf betriebene Turbinenanordnung 4 zum Antrieb eines Generators
7 für die elektrische Energieerzeugung.
[0025] Der Speisewasserteil 2 ist eingangsseitig mit einem an die Ausgangsseite der Turbinenanordnung
4 angeschlossenen Kondensator 21 versehen und weist im weiteren Verlauf eine Kondensatpumpe
22 sowie Niederdruckvorwärmer 23, einen Speisewasserbehälter 20 und eine Speisewasserpumpe
24 zum Bereitstellen des Speisewassers für den Dampferzeugerabschnitt 3 auf.
[0026] In dem Dampferzeugerabschnitt 3 sind, im Prozessschema weiter folgend, Hochdruckvorwärmer
30, ein Vorwärmer 31, ein Verdampfer 32 und ein Überhitzer 33 angeordnet, um Hochdruckdampf
für die Turbinenanordnung 4 zu erzeugen.
[0027] Die Turbinenanordnung 4 umfasst bezüglich des Prozessablaufs eingangsseitig eine
Hochdruckturbine 40, eine anschließende Mitteldruckturbine 41 und eine ausgangsseitige
Niederdruckturbine 42. Zwischen der Hochdruckturbine 40 und der Mitteldruckturbine
41 ist ein Zwischenüberhitzer 43 für den Prozessdampf angeordnet. Die Turbinenanordnung
4, die konstruktiv unterschiedlich ausgestaltet und mit verschiedenen Anzapfstellen
versehen sein kann, wie an sich bekannt, wird durch den sie durchsetzenden Dampfmassenstrom
rotierend angetrieben, um über den Generator 7 den von dem Dampfkraftwerk bereitzustellenden
elektrischen Strom beziehungsweise die elektrische Leistung zu erzeugen und damit
über ein Stromnetz angeschlossene Verbraucher zu versorgen.
[0028] Wie eingangs ausgeführt, muss dabei das Dampfkraftwerk flexibel auf unterschiedliche
Leistungsanforderungen reagieren können, wobei der an sich relativ träge Prozess der
Dampferzeugung hohen Flexibilitätsanforderungen entgegensteht.
[0029] Zur Flexibilitätssteigerung ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung der thermische
Energiespeicherteil 5 mit einer Wärmespeichereinheit 50 versehen, die eine mit einer
elektrischen Aufwärmvorrichtung ausgestattete Wärmeeinkoppelungseinrichtung 6 aufweist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wärmespeichereinheit 50 ausgangsseitig
über eine Entladeeinrichtung 51 mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf 1 vorliegend im Bereich
des Dampferzeugerabschnitts 3, und zwar an den Hochdruckvorwärmern 30, über einen
Wärmetauscher angeschlossen. Die Wärmespeichereinheit 50 besitzt eine hohe Wärmespeicherkapazität
und ist vorteilhaft z. B. mit einem Feststoffspeicher (Regenerator), Flüssigsalzspeicher
oder einem Ruths-Speicher versehen.
[0030] Alternative Integrationsorte beziehungsweise Anordnungsmöglichkeiten für den thermischen
Energiespeicherteil 5 bestehen in einer Entladung der Wärmeenergie in den Speisewasserteil
2, insbesondere den Niederdruckvorwärmern 23, in andere Stellen des Dampferzeugerabschnitts
3, oder auch in den (in der Fig. 1 nicht gezeigten) Rauchgaspfad sowie auch in Kombinationen
dieser Integrationsorte. Die hierfür notwendigen thermischen Spezifikationen können
durch eine geeignete Auslegung und Steuerung des thermischen Energiespeicherteils
5 erfüllt werden.
[0031] Eine erfindungswesentliche Ausgestaltung des Dampfkraftwerks besteht in einer besonderen
Ausbildung der Wärmeeinkopplungseinrichtung 6 des thermischen Energiespeicherteils
5. Die Wärmeeinkopplungseinrichtung 6 weist gemäß Fig. 1 eine über eine elektrische
Energiezuführung 61 mit elektrischer Energie versorgte Aufwärmvorrichtung 60 auf,
mittels deren der Wärmespeichereinheit 50 Wärmeenergie zugeführt wird. Vorteilhaft
wird dafür ein konduktives elektrisches Verfahren auf der Basis einer Widerstandserwärmung
oder ein induktives elektrisches Verfahren angewandt. Die elektrische Wärmeenergiezuführung
61 wird dabei von der von dem Dampfkraftwerk erzeugten elektrischen Leistung gespeist,
um die Wärmespeichereinheit 50 mit Wärmeenergie zu beladen. Die der elektrischen Aufwärmvorrichtung
60 zugeführte elektrische Leistung kann dabei mittels einer Prozesssteuerung gesteuert
oder geregelt werden. Die Steuerung oder Regelung der ausgangsseitig an dem Generator
7 abgenommenen elektrischen Leistung kann beispielsweise in Abhängigkeit von in dem
Kraftwerk vorgegebenen oder vorgebbaren Prozessparametern und/oder in Abhängigkeit
von Steuer- oder Regelgrößen einer übergeordneten Netzwerksteuerung erfolgen.
[0032] Somit wird eine Lastabsenkung des Dampfkraftwerks bei einer Zuführung von elektrischer
Leistung zu der elektrischen Aufwärmvorrichtung 60 beziehungsweise einer Zuführung
von Wärmeenergie mit dem thermischen Energiespeicherteil 5, d. h. während einer Beladungsphase,
erreicht, indem die in dem Dampfkraftwerk erzeugte elektrische Energie zur elektrischen
Beheizung der Wärmespeichereinheit 50 beziehungsweise des thermischen Energiespeichers
benutzt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Dampferzeugung
in dem Dampferzeugerabschnitt 3 weiter betrieben werden kann und eine hohe Mindestlastreduktion
der von dem Dampfkraftwerk in das angeschlossene Stromnetz eingespeisten Leistung
(bis auf eine Leistung von 0 W) möglich ist. Dadurch wird eine sehr hohe Flexibilität
des Dampfkraftwerks erreicht und ein Herunterfahren der trägen Dampferzeugereinrichtung
verhindert und somit auch ein aufwändiges Hochfahren des Dampferzeugungsprozesses,
wie bei einem Warm- beziehungsweise Kaltstart.
[0033] Während einer Entladung der Wärmespeichereinheit 50 über die Entladeeinrichtung 51
in den Wasser-Dampf-Kreislauf 1 beziehungsweise den Rauchgaspfad, vorliegend also
in die Hochdruckvorwärmer 30, wird die in der Wärmespeichereinheit 50 konservierte
thermische Energie genutzt, um über den betreffenden Wärmeübertrager eine Hochdruck-Vorwärmung
des Speisewassers zu bewirken. Die Einkopplung der Wärme zur Hochdruck-Vorwärmung
erlaubt so während der Entladephase eine Reduktion einer Anzapfdampfmenge an den Dampfturbinen
der Turbinenanordnung 4 und somit eine höhere elektrische Leistung durch einen höheren
Dampfmassenstrom.
[0034] Das erfindungsgemäße Integrationskonzept ermöglicht somit in Dampfkraftwerken, insbesondere
Kohlekraftwerken, eine hochflexible Reduktion der ausgangsseitigen elektrischen Last
beziehungsweise abgegebenen elektrischen Leistung, die je nach Auslegung beziehungsweise
Ansteuerung der elektrischen Aufwärmvorrichtung 60 eine Mindestlastabsenkung des Dampfkraftwerks
bis auf 0 W erlaubt. Durch die elektrische Zuheizung wird auf eine aufwändige verfahrenstechnische
Einbindung des Speichersystems in den Wasser-Dampf-Kreislauf 1 und auf ein Herunterfahren
des Dampferzeugers verzichtet, wodurch sich einerseits keine negativen Integrationseffekte
ergeben und andererseits Warm- und Kaltstarts vermeiden lassen. Eine zusätzlich (durch
das Aufwärmen mittels des thermischen Energiespeicherteils 5) erzeugte elektrische
Leistung wird hierbei durch höhere Massenströme an den Dampfturbinen erreicht, da
auf eine Entnahme von Anzapfdampf zur Vorwärmung des Speisewassers im Hochdruckvorwärmer
verzichtet werden kann.
[0035] Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht zudem hohe Wirkungsgrade. Die während
der Beladung elektrisch erzeugte Wärme lässt sich beispielsweise mit dem genannten
konduktiven Verfahren durch Widerstandserwärmung mit sehr hohem Wirkungsgrad (> 95
%) erreichen. Zudem wird die während der Entladung erzeugte zusätzliche elektrische
Leistung durch erhöhte Dampfmassenströme in den Dampfturbinen erreicht, die bei hohen
isentropen Wirkungsgraden (näherungsweise 90 %) arbeiten und somit eine effiziente
Verstromung erzielen, wobei gegebenenfalls lediglich effizienzreduzierende Effekte
durch einen höheren Volumenstrom in den Dampfturbinen zu berücksichtigen sind.
[0036] Zudem erlaubt die hohe Dynamik der Elektrobeheizung, wie auch der Wärmeeinkopplung
in das Speisewasser, eine Bereitstellung von Regelenergien und somit deutliche Flexibilitätssteigerungen
von Kohlekraftwerken.
1. Dampfkraftwerk, wie Braun- oder Steinkohlekraftwerk, mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf
(1), einer an einen Generator (7) für die elektrische Energieerzeugung angeschlossenen
Turbinenanordnung (4) und einem thermischen Energiespeicherteil (5), der eine ein
Wärmespeichermedium enthaltende Wärmespeichereinheit (50), eine mit einer elektrischen
Aufwärmvorrichtung (60) versehene Wärmeeinkopplungseinrichtung (6) sowie eine an den
Wasser-Dampf-Kreislauf (1) oder einen Rauchgaspfad angeschlossene Entladeeinrichtung
(51) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Aufwärmvorrichtung (60) über eine elektrische Energiezuführvorrichtung
(61) mit von dem Generator (7) erzeugter, ausgangsseitig an diesem abgenommener elektrischer
Energie unter Steuerung oder Regelung mittels einer Prozesssteuerung beaufschlagbar
ist.
2. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Aufwärmvorrichtung (60) als Widerstandsheizvorrichtung oder als induktive
Heizvorrichtung ausgebildet ist.
3. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermische Energiespeicherteil (5) mit einem Ruths-Speicher, einem Feststoffspeicher
oder einem Flüssigsalzspeicher versehen ist.
4. Dampfkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Entladeeinrichtung (51) in einem Dampferzeugerabschnitt (3), insbesondere an
einem Hochdruckvorwärmer (30), oder in einem Speisewasserteil (2), insbesondere an
einem Niederdruckvorwärmer (23), angeschlossen ist.
5. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Braun- oder Steinkohlekraftwerks,
bei dem über einen Wasser-Dampf-Kreislauf (1) eine Turbinenanordnung (4) angetrieben
und mittels eines an diese angeschlossenen Generators (7) elektrische Energie erzeugt
wird, wobei einem thermischen Energiespeicherteil (5) in Phasen einer angeforderten
elektrischen Lastabsenkung Wärmeenergie in einem Beladevorgang zugeführt und in Phasen
einer elektrischen Lasterhöhung Wärmeenergie in einem Entladevorgang entnommen und
dem Wasser-Dampf-Kreislauf (1) oder einem Rauchgaspfad zugeführt wird und wobei die
dem thermischen Energiespeicherteil (5) zugeführte Wärmeenergie mittels einer elektrischen
Aufwärmvorrichtung (60) erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die der Aufwärmvorrichtung (60) zugeführte elektrische Leistung der von dem Dampfkraftwerk
(1) erzeugten elektrischen Leistung ausgangsseitig an dem Generator (7) entnommen
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmeenergie bei dem Entladevorgang in einem Dampferzeugungsabschnitt (3), insbesondere
einem Hochdruckvorwärmer (30), oder in einem Speisewasserteil (2), insbesondere einem
Niederdruckvorwärmer (23), des Wasser-Dampf-Kreislaufs (1) zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch den Entladevorgang eine gegenüber einer Normallast zusätzliche elektrische
Leistung abgegeben wird, indem durch die Entladung der Wärmeenergie in den Wasser-Dampf-Kreislauf
(1) ein erhöhter Dampfmassenstrom und damit in einer in diesem befindlichen Turbinenanordnung
(4) ein erhöhter Volumenstrom erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beladevorgänge und die Entladevorgänge von einer Prozesssteuerung in Abhängigkeit
von vorgegebenen und/oder vorgebbaren Prozessparametern gesteuert oder geregelt werden,
wobei übergeordnete Steuer- oder Regelgrößen einbeziehbar sind.