DE102011013352A1

DE102011013352A1 - Geothermal source for supporting and enhancement of effectiveness of steam generators connected with steam turbines by utilization of thermal energy, has thermal energy that is upstream to steam generator

Info

Publication number: DE102011013352A1
Application number: DE102011013352A
Authority: DE
Inventors: Dr. Besinger Frank
Original assignee: AIDEON GmbH
Current assignee: AIDEON GmbH
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Nutzung von Wärmeenergie aus geothermischen Quellen zur Unterstützung und Steigerung der Effektivität von vorrangig mit Dampfturbinen verbundenen herkömmlichen Dampferzeugern, denen die geothermischen Quellen mit ihrer verfügbaren Wärmeenergie in Form von über den Enthalpiewechsel von Wasser in seiner gasförmigen Phase (Wasserdampf) als erste Stufe dem konventionellen Dampferzeuger direkt oder indirekt vorgeschaltet werden.Use of heat energy from geothermal sources to support and increase the effectiveness of conventional steam generators primarily associated with steam turbines, which direct the geothermal sources with their available heat energy in the form of the enthalpy of water in its gaseous phase (water vapor) as the first stage of the conventional steam generator or be connected upstream.

Description

Die Erfindung hat eine Nutzung von Wärmeenergie aus geothermischen Quellen zum Inhalt, die zur Unterstützung und Steigerung der Effektivität von herkömmlichen Dampferzeugern für Dampfturbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie oder anderen technologischen Prozessen dient.The invention relates to a use of heat energy from geothermal sources, which serves to support and increase the effectiveness of conventional steam generators for steam turbines for the production of electrical energy or other technological processes.

Die aus geothermischen Quellen gewonnene Wärmeenergie hat gegenwärtig ein Temperaturniveau von 140–200 Grad Celsius. Angestrebt werden Tiefbohrungen in geologisch aktiven Zonen, bei denen höhere Temperaturen bis 400 Grad Celsius erwartet werden. Träger der Wärmeenergie ist in der Regel vorrangig Wasser, welches bei den oben angegebenen Temperaturen als Dampf aus der geothermischen Quelle tritt. Die bisher und sicher auch in vielen Bereichen bei nicht geologisch aktiven Zonen zu erwartenden Temperaturen werden das oben benannte Niveau von 200 Grad Celsius nicht überschreiten.The thermal energy gained from geothermal sources currently has a temperature level of 140-200 degrees Celsius. Deep drilling in geologically active zones, where higher temperatures up to 400 degrees Celsius are expected, is the target. The carrier of the thermal energy is usually primarily water, which occurs at the temperatures specified above as steam from the geothermal source. The temperatures expected to date and certainly also in many areas for non-geologically active zones will not exceed the above-mentioned level of 200 degrees Celsius.

Bisher wurde über Wärmetauscher und die Verwendung von niedrig siedenden Fluiden im Sekundärkreis des Wärmetauschers bei diesen Temperaturen ein erhöhter Dampfdruck erzeugt, der für den Betrieb einer Dampfturbine mit eingeschränkter elektrischer Leistung ausreichte.Hitherto, heat exchangers and the use of low-boiling fluids in the secondary circuit of the heat exchanger at these temperatures, an increased vapor pressure was generated, which was sufficient for the operation of a steam turbine with limited electrical power.

Zur Steigerung des Wirkungsgrades von Dampferzeugern bei Kombinationskraftwerken wird solarthermische Energie über Wärmetauscher in den Speisewasservorwärmer dem konventionellen Dampferzeuger übertragen. In den deutschen Patentschriften DE 41 260 37 A1 , DE 196 274 425 A1 , DE 10 2008 051 384 B3 und DE 20 2008 002 599 U1 sind derartige Kraftwerksanordnungen, die solarthermische Energie zur Unterstützung der Hochdruckdampferzeugung in Verbindung mit Speisewasservorwärmer nutzen, beschrieben.To increase the efficiency of steam generators in combined cycle power plants solar thermal energy is transferred via heat exchangers in the feedwater heater to the conventional steam generator. In the German patents DE 41 260 37 A1 . DE 196 274 425 A1 . DE 10 2008 051 384 B3 and DE 20 2008 002 599 U1 Such power plant arrangements that utilize solar thermal energy to assist high pressure steam generation in conjunction with feedwater preheaters are described.

Das Problem bei solarthermischer Energiegewinnung besteht in der Abhängigkeit der Sonnenstrahlung und steht damit nicht kontinuierlich zur Verfügung. Über zusätzliche solarthermische Energiespeicher wird versucht diesen Mangel zu beheben.The problem with solar thermal energy production is the dependence of solar radiation and is thus not continuously available. About additional solar thermal energy storage is trying to remedy this deficiency.

Auf der Grundlage dieses Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, Lösungen für die Nutzung der aus geothermischen Quellen gewonnenen kontinuierlich verfügbaren Wärmeenergie zu erarbeiten, die als Vorstufe im Sinne der Speisewasservorwärmung vor dem konventionellen Dampferzeuger als erste Stufe der Dampferzeugung geeignet sind, um so eine Leistungssteigerung des konventionellen Dampferzeugers und der Dampfturbine für die elektrische Stromerzeugung zu erreichen.On the basis of this prior art, the object of the invention was to develop solutions for the use of the continuously available heat energy obtained from geothermal sources, which are suitable as a precursor in the sense of feedwater pre-heating before the conventional steam generator as the first stage of steam generation, so To achieve an increase in performance of the conventional steam generator and the steam turbine for electric power generation.

Für die Leistungssteigerung dieser Kraftwerkslösung bedarf es keiner zusätzlichen Energie für den konventionellen Dampferzeuger, und es wird so der CO² Ausstoß pro erzeugten KWh eines so ausgerüsteten Kraftwerkes gesenkt.Increasing the performance of this power plant solution does not require any additional energy for the conventional steam generator, thus reducing CO ² emissions per kWh produced in a power station equipped in this way.

Ist die aus der geothermischen Quelle gewonnene Wärmeenergie hinsichtlich Dampfvolumen, Druck und Temperatur zur Versorgung des konventionellen Dampferzeugers ausreichend, so ist kein Rücklauf des kondensierten Dampfes als heißes Wasser nach dem Austritt der Dampfturbine mehr erforderlich und die Wärmeenergie kann für weitere wärmetechnische Nutzung verwendet werden. Der geothermischen Quelle muss dann frisches Wasser in ausreichendem Umfang zu geführt werden.If the thermal energy obtained from the geothermal source is sufficient in terms of steam volume, pressure and temperature to supply the conventional steam generator, no return of the condensed steam is required as hot water after the exit of the steam turbine and the heat energy can be used for further heat technology use. The geothermal source must then be supplied with fresh water to a sufficient extent.

Ist die aus der geothermischen Quelle gewonnene Wärmeenergie hinsichtlich Dampfvolumen, Druck und Temperatur zur Versorgung des konventionellen Dampferzeugers nicht ausreichend, so muss über einen Wärmetauscher im Sinne einer Speisewasservorwärmung die geothermische Wärmeenergie in den Kreislauf der Dampferzeugung des konventionellen Kraftwerkes eingekoppelt werden. Unter diesen Bedingungen ist für einen guten Wirkungsgrad dieser Kraftwerkslösung die Restwärme aus dem Kreislauf des Kraftwerkes und der geothermischen Quelle zu Heizzwecken und anderen wärmetechnischen Lösungen zu nutzen.If the heat energy obtained from the geothermal source is insufficient with regard to steam volume, pressure and temperature to supply the conventional steam generator, then the geothermal heat energy must be coupled into the cycle of steam generation of the conventional power plant via a heat exchanger in the sense of feedwater preheating. Under these conditions, for a good efficiency of this power plant solution, the residual heat from the circuit of the power plant and the geothermal source for heating purposes and other thermal solutions to use.

Mit dem Einsatz eines Wärmetauschers im vorliegenden Fall kann das kondensierte und abgekühlte Wasser in einem geschlossenen Kreislauf der geothermischen Quelle wieder zugeführt werden.With the use of a heat exchanger in the present case, the condensed and cooled water can be recycled in a closed loop geothermal source.

In den oben angeführten geothermischen Quellen mit Temperaturen bei 400 Grad Celsius und höher ergeben sich aus den vorgenannten Lösungen weitere Möglichkeiten der Nutzung dieser geothermischen Wärmenergie. Diese betreffen den ausschließlichen Betrieb des Kraftwerkes mit der Wärmeenergie der geothermischen Quelle, einem Parallelbetrieb der konventionellen Dampferzeugung mit der geothermischen Dampferzeugung sowie die bereits beschriebene erste Stufe der Dampferzeugung mit konventionellen Dampferzeugern, wenn der Druck oder das Volumen des Dampfes aus der geothermischen Quelle nicht ausreicht.In the above-mentioned geothermal sources with temperatures of 400 degrees Celsius and higher arise from the aforementioned solutions, other ways of using this geothermal heat energy. These relate to the exclusive operation of the power plant with the heat energy of the geothermal source, a parallel operation of conventional steam generation with geothermal steam generation and the first stage of steam generation with conventional steam generators already described, if the pressure or the volume of steam from the geothermal source is insufficient.

Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösungen besteht in der von Witterungs-, klimatischen, Transport- und Entsorgungsbedingungen einer unabhängigen, ständig verfügbaren Wärmeenergiequelle als erste Stufe der Dampferzeugung.An advantage of the proposed solutions is the weather, climatic, transport and disposal conditions of an independent, constantly available thermal energy source as the first stage of steam generation.

Mit dieser technischen Lösung können auch größere Kraftwerkseinheiten besonders auf Erdgasbasis mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.With this technical solution even larger power plant units can be operated especially on natural gas with high efficiency.

Bestehen Dampfturbineneinheiten aus Hoch- und Niederdruckeinheiten, kann die Niederdruckeinheit bei geringer elektrischer Last auch ausschließlich mit Dampf aus der geothermischen Quelle betrieben werden und so Gas oder andere fossile Energieträger gespart werden. If steam turbine units consist of high- and low-pressure units, the low-pressure unit can also be operated exclusively with steam from the geothermal source at low electrical load, thus saving gas or other fossil energy sources.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Verwendung verfügbarer Kraftwerkskomponenten.Another advantage is the use of available power plant components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4126037 A1 [0004]
DE 196274425 A1 [0004]
DE 102008051384 B3 [0004]
DE 202008002599 U1 [0004]

Claims

Use of heat energy from geothermal sources to support and increase the efficiency of conventional steam generators, which are primarily connected to steam turbines, characterized in that the available from geothermal sources heat energy in the form of the enthalpy of water in its gaseous phase (water vapor) as a first stage upstream of the conventional steam generator.

Use of heat energy from geothermal sources to support and increase the effectiveness of conventional steam generators, which are primarily connected to steam turbines according to claim 1, characterized in that the geothermal source is sufficiently upstream of the conventional steam generator with sufficiently obtained heat energy in terms of steam volume, pressure and temperature low-pressure steam emerging from the steam turbine is used for heating purposes and for further technological processes, and the geothermal source is supplied with fresh water.

Use of heat energy from geothermal sources to support and increase the efficiency of conventional steam generators, which are primarily connected to steam turbines according to claim 1, characterized in that the geothermal source connected indirectly via a heat exchanger as feedwater pre-heating of the conventional steam generator, the residual heat of the geothermal source for heating purposes used and the condensed water is recirculated back to the geothermal source.

Use of heat energy from geothermal sources to support and increase the effectiveness of conventional steam generators, which are primarily connected to steam turbines according to claim 2, characterized in that at low load of a steam turbine with high pressure and low pressure stage, the low pressure stage will operate exclusively with the steam from the geothermal source can.