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Gewinnung elektrischer Energie im Abgasstrang von Gasturbinen mittels thermoelektrischer Generatoren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000199328D
Published in the IP.com Journal: Volume 10 Issue 9A (2010-09-09)
Included in the Prior Art Database: 2010-Sep-09
Document File: 3 page(s) / 76K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In Kraftwerksanlagen werden vermehrt Gasturbinen eingesetzt, da diese zunehmend effizienter arbeiten und im Vergleich zu Dampfturbinen eine kürzere Anfahrzeit aufweisen. Die Temperatur des Abgases der Gasturbine ist relativ hoch, ungefähr 600 Grad, weshalb eine Dampfturbine zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades (combined cycle) angeschlossen werden kann. Die Effizienz der Gasturbine wird üblicherweise dadurch gesteigert, dass die Verbrennungstemperatur erhöht wird, was zu einer erhöhten Abgastemperatur führt. Die erhöhte Abgastemperatur befindet sich jedoch nah an der Stabilitätsgrenze der metallischen Bauteile, z.B. Stahl, die in den Wärmetauschern und Dampfturbinen eingesetzt werden. Die erhöhte Abgastemperatur bedeutet im Einzelbetrieb (single cycle), dass wiederum mehr Abwärme ungenutzt bleibt.

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Gewinnung elektrischer Energie im Abgasstrang von Gasturbinen mittels thermoelektrischer Generatoren

Idee: Dr. Stefan Lampenscherf, DE-München; Ramesh Subramanian, Ph.D., US-Orlando, Florida

In Kraftwerksanlagen werden vermehrt Gasturbinen eingesetzt, da diese zunehmend effizienter arbeiten und im Vergleich zu Dampfturbinen eine kürzere Anfahrzeit aufweisen. Die Temperatur des Abgases der Gasturbine ist relativ hoch, ungefähr 600 Grad, weshalb eine Dampfturbine zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades (combined cycle) angeschlossen werden kann. Die Effizienz der Gasturbine wird üblicherweise dadurch gesteigert, dass die Verbrennungstemperatur erhöht wird, was zu einer erhöhten Abgastemperatur führt. Die erhöhte Abgastemperatur befindet sich jedoch nah an der Stabilitätsgrenze der metallischen Bauteile, z.B. Stahl, die in den Wärmetauschern und Dampfturbinen eingesetzt werden. Die erhöhte Abgastemperatur bedeutet im Einzelbetrieb (single cycle), dass wiederum mehr Abwärme ungenutzt bleibt.

Es wird daher eine neuartige Lösung vorgeschlagen, die zu einer gesenkten Abgastemperatur der Gasturbine führt und die entstehende Abwärme in sinnvoller Weise nutzt. Es wird vorgeschlagen, thermoelektrische Wandler (engl. TEG: Thermo Electric Generator) einzusetzen, die auf der Wand des Abgaskanals oder/und auf den Rohrleitungen des Wärmetauschers mithilfe eines thermischen Spritzverfahrens aufgebracht werden (siehe Abbildung 1, 2 und 3). Der Einsatz eines thermischen Spritzverfahrens ermöglicht eine stabile, effiziente, großflächige, strukturkonforme und kostengünstige Beschichtung der metallischen Bauteile mit TEGs. Die TEGs arbeiten je nach Material nur in einem bestimmten Temperaturbereich effektiv und sind nur unterhalb von bestimmten Maximaltemperaturen langzeitbeständig. Es wird daher vorgeschlagen, die TEGs gezielt anzuordnen und/oder die Kühlluftführung derart zu gestalten, dass jedes TEG-Modul geeignet positioniert bzw. jedes Material optimal ausgenutzt wird. Während des Betriebs der Gasturbine wird über die TEGs ein Wärmestrom generiert, der durch gezielte elektrische Ansteuerung...