189191. lajstromszámú szabadalom • Szilárd töltetű hőtározóval ellátott villamos csúcserőművi berendezés
1 189 191 2 A találmány a villamosenergia-szolgáltató rendszerek csúcsteljesítő képességének fokozására és hőenergia szolgáltatásra használható. Alkalmazási területei elsősorban a villamosenergia-szolgáltató rendszerek, de hőszolgáltató rendszerekbe is bekapcsolható. A találmány lényege, hogy a hagyományos csúcserőmüvek hőforrása helyett, ami gázturbinánál a tüzelőkamra, gőzturbinánál a kazán, éjszakai árammal felfütött, szilárd töltetű hőtározót alkalmazunk hőforrásként. Ismeretes, hogy a villamosenergia-fogyasztás napi ingadozása igen jelentős. Mivel nagy mennyiségben a villamos energia nem tárolható, az erőmüveket a napi csúcsfogyasztás időszakára kell kiépíteni. A hagyományos alacsony hőfogyasztású, jó hatásfokú erőmüvek vagy atomerőművek beruházási költsége igen magas. Nem célszerű a fenti erőmüvek kapacitását a csúcsfogyasztásra méretezni, mert így a teljesítőképességük nem lenne gazdaságosan kihasználva. Fenti okokból következően általánosan elterjedt, hogy gázturbinás vagy gőzturbinás csúcserőmüvekkel elégítik ki a csúcsidei villamos energia igények egy részét. A gázturbinás csúcseröművek viszonylag alacsony beruházási költségűek, de magas a tüzelőanyag költségük, mivel földgázzal vagy olajjal üzemelnek. Jelentősen növekedett a tüzelőanyag költség az utóbbi években, mivel mind a kőolaj, mind a földgáz ára többszörösére nőtt. A gázturbinás csúcserőmüvek olyan típusa is ismeretes, amelynél a kompresszor és a turbina egymástól függetlenül, időben elkülönítve üzemeltethető. A kompresszor éjszakai villamos energia felhasználásával nagynyomású levegőt állít elő melyet nagyméretű, általában föld alatti üregekben tárolnak. A nappali csúcs időszakában a kompreszszorl leállítják, és a gáztározóból a különálló gázturbina tüzelőkamrájába juttatják a nagynyomású levegőt, ahonnan, általában gáz vagy folyékony szénhidrogén tüzelőanyag elégetése után jut a turbinába. Ennél a megoldásnál is jelentős és egyre növekvő szénhidrogén költségekkel kell számolni. A szénhidrogén-fogyasztás kiküszöbölésére született az a gondolat, hogy a gázturbina tüzelőkamráját helyettesítsük szilárd töltetű hőtározó berendezéssel. A hőtározót az alacsony éjszakai villamos terhelés időszakában villamos felhevítő berendezés segítségével töltjük fel hőenergiával. Villamos csúcsfogyasztás idején a kompresszor vagy a légtározó nagynyomású levegőjét a hőtározóban tárolt hő felhasználásával hevítjük fel. Ismeretesek gőzturbinás csúcserőmüvek is, melyeknél a kis beruházási költség érdekében olajvagy gáztüzelésű kazánokat szoktak építeni. Ezeket a kazánokat is helyettesíthetjük szilárd töltetű hőtározó berendezéssel, így itt is kiválthatók a szénhidrogén tüzelőanyagok. A szilárd töltetű hőtározók előnye az ismert forróvizes hőtározókkal szemben, hogy igen magas hőmérsékleten alacsony nyomáson tárolható bennük a hőenergia. Ez teszi alkalmassá, hogy alacsony beruházási költséggel a vizes tározókban tárolható hőenergia 2-3-szorosát kitevő hőmennyiséget tároljunk bennük, különösen olyan hőmérsékleteken (800-1000 °C) amelyek a gázturbina körfolyamathoz szükségesek, de forróvizes hőtárolókkal már nem valósíthatók meg. A szilárd töltetek lehetnek olcsó ömlesztett ásványi anyagok, mint például a bauxit, a vasérc, a mészkő, a bazalt vagy a kősó, de lehetnek mesterségesen előállított anyagok, mint a beton, a nehéz adalékokkal kevert nehézbeton, a kerámiák vagy különböző üvegek. A találmány egyik lehetséges kiviteli alakját az /. ábra tünteti fel. A 2 turbinából, a 3 kompresszorból és 7 generátorból álló gázturbinában a hagyományos tüzelőkamrát 1 szilárd töltetű hötározó helyettesíti, ami 4 villamos felhevítő berendezéssel van felszerelve. Az 5 hőcserélő a 3 kompresszorból kilépő levegő előmelegítését végzi. A kilépő füstgáz hőtartalmának hőszolgáltatásra történő hasznosítására a 6 hőcserélő van beépítve. A berendezés úgy működik, hogy az 1 hőtározót a 4 felhevítő berendezéssel olcsó éjszakai áramot felhasználva felmelegítjük, majd a nappali villamos csúcsfogyasztás idején a gázturbina ezt a hőenergiát használja fel villamos energia előállítására. Abban az esetben, ha a csúcserőmű gőzturbinás erőmű, az 1. ábra 3 kompreszszora helyett tápszivattyú van beépítve. A 4 felhevítő berendezés nemcsak villamos fűtésű lehet, hanem széntüzelésű is. Energetikailag még kedvezőbb megoldást mutat a 2. ábra, melynél az 1 hőtározó mellett a 10 föld alatti gáztárözó is be van kapcsolva a gázturbina berendezés folyamatába. A 10 gáztározó a bevezető csövével van ábrázolva. Ennél a megoldásnál a 2 gázturbina és a 3 kompresszor külön tengelyen vannak. A 3 kompresszor a 9 villamos motorral van egybeépítve. A 3 kompresszor a kis villamos terhelés időszakában levegőt nyom a 10 gáztározóba. Ezzel egyidejűleg a 4 felhevítő berendezés hőenergiával tölti fel az 1 hőtározót. Villamos csúcsfogyasztás idején a 10 gáztározóból az 1 hőtározón keresztül áramló nagynyomású felhevített levegő a 2 gázturbinában munkát végez, melyet a 7 generátor alakít át villamos energiává. A megoldás előnye, hogy azonos turbinaméreteket feltételezve 2,5-3-szor nagyobb teljesítményt ad le, mint egy hagyományos gázturbina, mivel a 3 kompresszor hajtásához szükséges teljesítményt nem a 2 turbina szolgáltatja. A 8 jelű hőcserélő a 3 kompresszorból kiáramló meleg levegő hőtartalmának hasznosítására építhető be. Szabadalmi igénypontok 1. Szilárd töltetű hőtározóval ellátott villamos csúcserőművi berendezés, ami turbinából (2), generátorból (7), kompresszorból (3) vagy tápszivattyúból, hőtározóból (1) és felhevítő berendezésből (4) áll azzal jellemezve, hogy a kompresszor (3) a hőtározón (1) keresztül van a turbinához (2) kapcsolva, és a generátor (7) villamos csúcsidőszakban, a felhevítő berendezés (4) pedig villamos völgyidőszakban van a villamos hálózathoz csatlakoztatva. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy a kompresszor (3) és a hőtározó (1) közé gáztározó (10) van beépítve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 1
