СИЛОВАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2016 года по МПК H02K7/18 

Область техники

Настоящее изобретение в первом аспекте относится к энергоустановке для генерирования электрической энергии согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Во втором аспекте относится к способу генерирования электрической энергии согласно ограничительной части п. 12 формулы изобретения.

Типичная энергоустановка для генерирования электрической энергии содержит реформинг-установку, в которой энергоноситель может быть преобразован при подаче тепла в горючую текучую среду, при этом реформинг-установка имеет газифицирующее устройство для получения источника тепла, в упомянутом газифицирующем устройстве реформинг-установки может сжигаться упомянутый энергоноситель. Энергоустановка дополнительно содержит фронтовое устройство (камера сгорания, горелки и т.д), в котором за счет сжигания горючей жидкости может генерироваться тепловая энергия, турбинный блок, в котором тепловая энергия может производить вращательное движение, и генераторный блок, который возбуждается посредством вращательного движения для генерирования электрической энергии.

Согласно способу генерирования электрической энергии энергоноситель преобразуется в реформинг-установке - при подаче тепла - в горючую текучую среду. Энергоноситель сжигается в газифицирующем устройстве реформинг-установки для получения источника тепла. Горючая текучая среда сжигается во фронтовом устройстве (камере сгорания), и в результате этого генерируется тепловая энергия. Тепловая энергия преобразуется во вращательное движение в турбинном блоке, генераторный блок приводится в действие вращательным движением, и за счет этого генерируется электрическая энергия. Такой способ может осуществляться, например, в типичной энергоустановке.

Во многих странах значительную часть всех источников электрической энергии составляют энергоустановки вышеупомянутого типа. Используемые энергоносители могут быть различными в зависимости от энергоустановки и включают, например, уголь, газ или нефть. Они преобразуются в реформинг-установке в горючую текучую среду, которой может быть, например, синтез-газ.

Реформинг-установка может быть, например, установкой для газификации угля. За счет подачи тепла порошкообразный уголь может быть преобразован в упомянутой установке для газификации угля в синтез-газ. Он также описывается как сингаз и является водородсодержащей газовой смесью. Реакция может быть описана в виде:

С+H₂O→СО+Н₂+175,4 kJ.

Затем, во фронтовом устройстве может сжигаться синтез-газ (СО+Н₂), в результате чего выделяется тепловая энергия:

СО+Н₂+O₂→CO₂+H₂O-568,8 kJ.

Аналогичным образом реформинг-установка может быть газовым реформером, в котором - при подаче тепла - природный газ, иначе говоря, метан - преобразуется в синтез-газ:

СН₄+H₂O→СО+3Н₂+250,1 kJ.

Синтез-газ аналогичным образом может сжигаться для выделения тепловой энергии:

СО+3Н₂+2,5O₂→CO₂+3H₂O-1140,1 kJ.

В реформинг-установке вместо воды также может использоваться двуокись углерода для конвертирования угля или газа:

СО+CO₂→2СО+172,5 kJ или

СН₄+CO₂→2СО+2Н₂+247,3 kJ.

За счет первоначального расходования энергии для получения синтез-газа и последующего выделения энергии при сжигании синтез-газа в общем и целом, аналогичное количество энергии может быть использовано в обычных, нетиповых энергоустановках, в которых для получения тепловой энергии непосредственно напрямую сжигается уголь или природный газ:

С+O₂→CO₂-393,5 kJ или

СН₄+3O₂→CO₂+2Н₂О-890 kJ.

В изобретении принято во внимание, что рост доли суммарного количества генерируемой энергии покрывается восполняемыми источниками энергии. В частности, солнечная энергия и энергия ветра все в большей степени используются для генерирования энергии. Однако количество энергии, генерируемой таким образом, сильно колеблется по времени. Вряд ли имеется какое-либо оборудование для крупных хранилищ избыточного запаса полученной таким образом электрической энергии. Как использовать избыток электрической энергии, - является трудной проблемой. Не является большой редкостью заблаговременное увеличение генерирования энергии для того, чтобы получить выигрыш при уменьшении электрической энергии.

В принципе, возможно уменьшить потребление энергии упомянутой энергетической установки в процессе увеличения генерирования энергии с помощью солнечной или ветровой энергии. Однако снижение потребления энергии и перезапуск энергоустановки обычно связано с большими материальными трудностями. Кроме того, в случае известных энергоустановок они могут осуществляться очень медленно. Скорости, которые могут быть достигнуты в результате этого, недостаточны для того, чтобы эффективно реагировать на флуктуации в количестве ветровой или солнечной энергии.

В действительности изменение уровня эффективности энергоустановки для более быстрой адаптации количества энергии, произведенной таким образом, известно. Для этого в процессе обычной работы, например, добавляют холодный пар к горячему пару, который приводит в действие турбинный блок. Уровень эффективности энергоустановки в результате этого снижается, например, с 42% до 39%. В случае быстрого уменьшения электрической энергии, полученной из возобновляемых энергетических источников, добавление холодного пара может быть прекращено. Уровень эффективности в результате этого может быстро возрасти до 42% за очень короткий промежуток времени. Однако в этом случае недостатком является то, что в процессе нормальной работы энергоустановка работает с относительно низким уровнем эффективности. В результате, теряется много энергии, которая в принципе может быть использована. Кроме того, таким образом можно компенсировать только относительно небольшие флуктуации доступного количества электрической энергии.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа генерирования электрической энергии и энергоустановки, которые способствуют эффективной адаптации к флуктуациям доступной электрической энергии.

Эта задача достигается с помощью энергоустановки, имеющей признаки п. 1 формулы изобретения, и посредством способа, имеющего признаки п. 12 формулы изобретения.

Преимущественные варианты энергоустановки согласно изобретению и способа согласно изобретению составляют также сущность зависимых пунктов формулы изобретения и также поясняются в последующем описании.

Энергоустановка упомянутого типа согласно изобретению предусматривает, что для обеспечения источника тепла дополнительно к газифицирующему устройству реформинг-установки она снабжена электронагревательным блоком, посредством которого электрическая энергия электронагревательного устройства может быть преобразована в тепловую энергию.

В способе упомянутого типа согласно изобретению предусматривается, что в дополнение к теплу, обеспечиваемому газифицирующим устройством реформинг-установки, обеспечивается подача тепла с помощью электронагревательного устройства, посредством которого электрическая энергия электронагревательного устройства может быть преобразована в тепловую энергию.

В качестве основной идеи настоящего изобретения можно рассматривать то, что горючая текучая среда может быть получена как с помощью подачи энергии из газифицирующего устройства реформинг-установки, так и путем подачи тепла от электронагревательного устройства.

Электрическая энергия поэтому первоначально используется электронагревательным устройством для получения горючей текучей среды. С помощью этой горючей текучей среды затем производится тепловая энергия и преобразуется в энергию движения и, наконец, посредством генераторного блока, - обратно в электрическую энергию. Имея заблаговременно излишек электрической энергии, энергоустановка согласно настоящему изобретению может использовать этот излишек электроэнергии в довольно большой пропорции. В этом случае подача тепла через газифицирующее устройство реформинг-установки может быть снижена. В газифицирующем устройстве реформинг-установки поэтому сжигается относительно меньшее количество энергоносителя. Следовательно, за счет использования электрической энергии может экономиться энергоноситель.

Поэтому в качестве отдельного преимущества можно указать изменение количества энергоносителя, которое сжигается в газифицирующем устройстве реформинг-установки, без какого-либо изменения количества горючей текучей среды, производимой в реформинг-установке.

Также возможно реагировать особенно быстро на резкое изменение доступного количества энергии из внешней энергосети. По этой причине электрическая энергия, подаваемая в электронагревательное устройство, заменяется, и одновременно используется тепловая энергия газифицирующего устройства реформинг-установки.

За счет преобразования электрической энергии в тепловую энергию и, через множество промежуточных этапов - обратно в электрическую энергию, фактически можно использовать приблизительно 40% исходной электрической энергии. Тем не менее, это представляет собой экстремально целенаправленное использование электрической энергии по сравнению с деньгами, даже затраченными на уменьшение излишка электрической энергии.

В общем и целом, за счет использования электрической энергии в энергоустановке согласно настоящему изобретению, экономится энергоноситель, который в противном случае должен бы сжигаться. Следовательно, энергоустановка работает подобно хранилищу, которое использует излишек электроэнергии для увеличения доступного количества энергоносителя.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения горючей текучей средой, которая может быть получена в реформинг-установке, является синтез-газ, как было описано выше. Чтобы такое количество электрической энергии, которое должно быть настолько большим, насколько это возможно, можно было целенаправленно использовать в электронагревательном устройстве, в реформинг-установке для преобразования в горючую текучую среду предпочтительно используются такие энергоносители, для которых требуется особенно большая подача тепла. Большая часть подаваемой таким образом энергии может быть возвращена, если горючая текучая среда сжигается во фронтовом устройстве.

Согласно предпочтительному варианту реформинг-установкой является установка для газификации угля или установка для ожижения газа с получением жидкого топлива. В данной ситуации уголь является энергоносителем, который преобразуется в горючую текучую среду и также используется в газифицирующем устройстве реформинг-установки для обеспечения источника тепла.

Альтернативно или дополнительно реформинг-установка также может содержать газовый реформер, в котором газ может быть преобразован в качестве энергоносителя в горючую текучую среду. Газ может быть, например, природным газом.

В принципе, должно быть понятно, что реформинг-установкой может быть любое устройство, посредством которого подача энергии с энергоносителем производит горючую текучую среду. В принципе, помимо угля и природного газа в качестве энергоносителей могут использоваться любые органические вещества. При сжигании горючей текучей среды должно выделяться больше энергии, чем при сжигании энергоносителя.

Подача тепла от электронагревателя в реформинг-установку может быть реализована любым способом.

Согласно предпочтительному варианту реформинг-установка имеет теплообменник. Посредством упомянутого теплообменника тепловая энергия может передаваться энергоносителю. Теплообменник может использоваться как газифицирующим устройством реформинг-установки, так и электронагревательным устройством для выработки тепловой энергии. Поэтому, предпочтительнее, можно использовать теплообменник, который уже имеется в известных реформинг-установках. Обычно необходимо просто добавить соединение теплообменника с электронагревательным устройством. Используя упомянутое соединение, среда, например, газ, который нагрет посредством электронагревательного устройства, может быть направлен в теплообменник.

Альтернативно теплообменник также может быть использован только газифицирующим устройством реформинг-установки. Электронагревательное устройство может затем передавать тепло энергоносителю каким-либо иным способом.

В свою очередь, электронагревательное устройство может преобразовать электрическую энергию в тепловую энергию любым другим способом.

Например, электронагревательное устройство может иметь элементы электрического сопротивления для преобразования электрической энергии в тепловую энергию. Если резистивные элементы используются для нагрева среды, подаваемой в теплообменник реформинг-установки, то последующая адаптация может быть реализована в очень небольшой части современных энергоустановок. Альтернативно, резистивные элементы, однако, могут непосредственно примыкать к теплообменнику. Они могут в результате этого непосредственно отдавать тепло энергоносителю и также могут использоваться независимо от теплообменника. Обеспечивается запас мощности, который может снизить риск отключения всей энергоустановки.

Альтернативно или дополнительно, электронагревательное устройство также может иметь плазменную горелку для нагрева среды, от которой тепло может передаваться энергоносителю для преобразования его в горючую текучую среду. В случае плазменной горелки газ преобразуется в плазму. Плазма ускоряется с помощью электрического поля, в результате чего ее тепловая энергия возрастает. В результате этого очень быстро могут быть достигнуты высокие температуры. Кроме того, плазменная горелка может иметь компактную конструкцию, и поэтому пригодна для последующей адаптации современных энергоустановок.

Альтернативно или дополнительно, электронагревательное устройство может иметь индукционное средство для нагрева среды. Мощность нагрева индукционного средства может регулироваться путем изменения магнитного сопротивления в индукционном средстве. Например, индукционное средство может иметь одну или более обмоток. Они создают магнитное поле, которое через проводящий материал передается среде, подлежащей нагреву. Воздушный зазор может изменяться у проводящего материала, и вследствие этого может регулироваться магнитное сопротивление. Энергия, передаваемая нагреваемой среде, поэтому может легко контролироваться на большой площади.

Особенно предпочтительным является снабжение регулирующим устройством, посредством которого может быть увеличена тепловая мощность электронагревательного устройства и одновременно может быть снижена тепловая мощность газифицирующего устройства реформинг-установки, и наоборот. Тепловые мощности электронагревательного устройства и газифицирующего устройства реформинг-установки поэтому можно изменять противодействующим друг другу образом.

В зависимости от доступного количества доступной электроэнергии во внешней энергосети регулирующее устройство может быть приспособлено к возможности увеличения тепловой мощности электронагревательного устройства и снижения тепловой мощности газифицирующего устройства реформинг-установки. Соответственно, регулирующее устройство может быть сконструировано таким образом, что чем большее количество электроэнергии является доступным, тем неизмеримо более высокая тепловая мощность может быть задана для электронагревательного устройства. Это доступное количество энергии может, например, вводиться вручную пользователем. Альтернативно, количество электроэнергии может автоматически регистрироваться регулирующим устройством. В частности, доступное количество электроэнергии может регистрироваться с использованием соответствующей настоящему времени стоимости энергии. Если соответствующая настоящему времени стоимость энергии опускается ниже заданного предельного значения, тепловая мощность электронагревательного устройства может быть увеличена.

Регулирование тепловой мощности электронагревательного устройства, следовательно, может осуществляться в зависимости от соответствующей настоящему времени стоимости энергии. Она может подаваться вручную или может автоматически считываться регулирующим устройством, в частности, из электроэнергетического рынка. Чем выше задаваемая тепловая мощность электронагревательного устройства, тем может быть ниже устанавливаемая тепловая мощность газифицирующего устройства реформинг-установки.

В частности, тепловые мощности электронагревательного устройства и газифицирующего устройства реформинг-установки могут регулироваться посредством регулирующего устройства в зависимости друг от друга таким образом, что скорость, с которой производится горючая текучая среда, может оставаться постоянной. Альтернативно, регулирование может быть осуществлено таким образом, что скорость изменяется в лучшем случае с заданной максимальной скоростью изменения. Возможность функционирования фронтового устройства, турбинного блока и генераторного блока не зависит от того, откуда получена горючая текучая среда: из электронагревательного устройства или из газифицирующего устройства реформинг-установки, Соотношение между тепловыми мощностями электронагревательного устройства и газифицирующего устройства реформинг-установки поэтому может преимущественно очень быстро изменяться без наличия нежелательных воздействий на фронтовое устройство, турбинный блок или генераторный блок.

Эти блоки обычно позволяют сравнительно медленные видоизменения в электрической энергии, генерируемой генераторным блоком. Тем не менее, эти медленные упрощенные видоизменения также могут быть использованы Для этой цели регулирующее устройство не сохраняет и не поддерживает постоянной в течение всего времени сумму тепловых мощностей электронагревательного устройства и газифицирующего устройства реформинг-установки. Вместо этого сумма тепловых мощностей может быть уменьшена, если активировано электронагревательное устройство и/или увеличена тепловая мощность электронагревательного устройства. Суммарная тепловая мощность, поэтому может быть снижена только за счет заданной максимальной скорости изменения.

Альтернативно или дополнительно, тепловые мощности электронагревательного устройства и газифицирующего устройства реформинг-установки можно регулировать с помощью регулирующего устройства в зависимости друг от друга таким образом, чтобы температура в газифицирующем устройстве реформинг-установки находилась в заданном диапазоне, в котором энергоноситель может быть преобразован в горючую текучую среду. Имеющаяся тепловая мощность газифицирующего устройства реформинг-установки поэтому адаптируется к имеющейся тепловой мощности электронагревательного устройства, так что в реформинг-установке постоянно поддерживается заданный температурный диапазон.

В принципе, также может быть предусмотрен накопительный контейнер или резервуар, в котором может храниться среда, которая должна нагреваться с помощью электронагревательного устройства. Накопительный контейнер или резервуар заполняется, если доступное количество электрической энергии превышает заданное пороговое значение. Если количество доступной электрической энергии уменьшается, накопительный контейнер или резервуар может быть опустошен. Количество энергоносителя, которое должно быть сожжено в газифицирующем устройстве реформинг-установки для получения тепла, поэтому может быть дополнительно уменьшено.

Альтернативно или дополнительно, также может быть предусмотрен накопительный контейнер или резервуар, в котором может храниться горючая текучая среда. В такой конфигурации в случае увеличения доступного количества электрической энергии скорость, с которой производится горючая текучая среда, может быть увеличена. Горючая текучая среда из накопительного контейнера или резервуара может подаваться во фронтовое устройство, когда доступное количество электрической энергии уменьшается. Количество энергоносителя, которое должно сжигаться в газифицирующем устройстве реформинг-установки для генерирования тепла, поэтому аналогичным образом уменьшается. В этой связи накопительный блок может служить в качестве буфера, через который постоянное количество горючей текучей среды подается на вход фронтового устройства, даже если поступающее количество горючей текучей среды колеблется.

За счет использования накопительного контейнера в газифицирующем устройстве реформинг-установки уже не сжигается достаточно большое количество энергоносителя, если тепловая мощность электронагревательного устройства снижается. Вместо этого, количество энергоносителя только возрастает, когда уровень заполнения накопительного контейнера опускается ниже заданного предельного значения или падает до нуля.

В случае снижения тепловой мощности электронагревательного устройства ниже заданного предельного значения или до нуля регулирующее устройство, предпочтительнее, адаптировано для инициирования передачи нагретой среды из накопительного контейнера. Аналогично, передача инициируется, если достигается заданная максимальная степень заполнения накопительного контейнера. В этом случае количество энергоносителя, подаваемого в газифицирующее устройство реформинг-установки, одновременно снижается. Поэтому турбинный блок может продолжать работать, по существу, с постоянной суммарной энергией. В этом случае нет необходимости в изменении тепловой мощности электронагревательного устройства.

Альтернативно или дополнительно, также может быть предусмотрено, чтобы горючая текучая среда из накопительного контейнера не передавалась или не полностью передавалась во фронтовое устройство. Вместо этого можно использовать другие процессы. Если горючей текучей средой является синтез-газ, можно использовать, например, способ ожижения или газификации угля, в частности, процесс Фишера-Тропша.

В принципе, идея настоящего изобретения может быть использована в любой реформинг-установке, которая не является частью энергоустановки. В случае такой реформинг-установки также можно предусмотреть, чтобы подача тепла была возможной как через газифицирующее устройство реформинг-установки, так и через электронагревающее устройство. Варианты, описанные для энергоустановки, также могут быть использованы для этой реформинг-установки. В отличие от энергоустановки, в этом случае фронтовое устройство, турбинный блок или генераторный блок обычно отсутствуют. Вместо этого реформинг-установка может быть частью, например, установки для производства газа и/или жидкости. В частности, это может быть установка для получения молекулярного водорода Н₂. Альтернативно или дополнительно установка может быть спроектирована для осуществления способа газификации угля или ожижения угля с получением жидкого топлива, а также процесса Фишера-Тропша, посредством которого могут быть произведены метан, метанол или алкан.

Основная идея настоящего изобретения также может быть использована в основном в установках, которые дают тепловую энергию посредством фронтового устройства за счет сжигания энергоносителя. Например, такие установки могут быть цементными заводами, в которых тепловая энергия необходима для производства цемента, при этом упомянутая тепловая энергия производится за счет сжигания энергоносителя. Согласно изобретению здесь также может использоваться электронагревательное устройство Регулирующее устройство может задавать пропорции, в которых тепловая энергия обеспечивается с помощью электронагревательного устройства и с помощью фронтового устройства. Фронтовое устройство может быть спроектировано подобно газифицирующему устройству реформинг-установки. Регулирующее устройство и электронагревательное устройство могут быть сконструированы, как описано для энергоустановки. В частности, регулирование может быть таким, чтобы при различных соотношениях между тепловой энергией из электронагревательного устройства и тепловой энергией из фронтового устройства всегда выделялось постоянное количество суммарной тепловой энергии. Тепловая мощность электронагревательного устройства может быть выбрана такой, что ее стоимость может быть выше или ниже существующей цены на энергию.

Далее описаны дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения со ссылкой на приложенные схематические чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой пример осуществления энергоустановки согласно настоящему изобретению, в котором в качестве энергоносителя использован природный газ.

Фиг. 2 представляет собой пример осуществления энергоустановки согласно настоящему изобретению, в котором в качестве энергоносителя использован уголь.

Фиг. 3 представляет собой пример осуществления электронагревательного устройства энергоустановки согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 представляет собой еще один пример осуществления реформинг-установки и электронагревательного устройства энергоустановки согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5 представляет собой третий пример осуществления реформинг-установки и электронагревательного устройства энергоустановки согласно настоящему изобретению.

Фиг. 6 представляет собой пример осуществления электронагревательного устройства энергоустановки согласно настоящему изобретению.

На чертежах идентичные элементы, а также одинаково работающие элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.

На Фиг. 1 схематично изображен пример осуществления энергоустановки 100 согласно настоящему изобретению. Она имеет следующие важные составляющие элементы: реформинг-установка 1, камера сгорания (фронтовое устройство) 30, турбинный блок 50, генераторный блок 60. Кроме того, используются газифицирующее устройство реформинг-установки 10 и электронагревательное устройство 20, которые не показаны на Фиг. 1 и более детально описаны ниже.

Реформинг-установка 1 имеет два впускных устройства 2, 3 для энергоносителя. Через впускные устройства 2 и 3 в реформинг-установку 1 могут быть введены, например, газ, такой как, например, природный газ, и вода. В реформинг-установке 1 энергоноситель преобразуется в горючую текучую среду. Природный газ и вода преобразуются, например, в моноокись углерода и молекулярный водород. Упомянутая газовая смесь также описывается как синтез-газ.

Посредством выпускного устройства 9 горючая текучая среда, иначе говоря, синтез-газ транспортируется из 1 в камеру сгорания (фронтовое устройство) 30.

Может быть предусмотрена дополнительная подающая линия 48, посредством которой природный газ подается в камеру сгорания (фронтовое устройство) 30 в дополнение к синтез-газу.

В камере сгорания (фронтовом устройстве) 30 горючая текучая среда и любой присутствующий природный газ сжигаются, в результате чего производится тепловая энергия. В результате этого запускается турбинный блок 50. Воздух может подаваться через впускное устройство 32.

В результате вращательного движения турбинного блока 50 генераторный блок 60 может в конечном счете генерировать электрическую энергию.

Для того чтобы энергоноситель можно было преобразовать в реформинг-установке 1 в горючую текучую среду, а значит, и природный газ преобразовать в синтез-газ, необходима подача энергии или тепла. Поэтому предусмотрено средство 5 для подачи энергии или тепла в реформинг-установку 1.

В случае типичных энергоустановок средство 5 выполнено в виде газифицирующего устройства реформинг-установки, в котором для получения тепловой энергии сжигается, например, природный газ.

Согласно изобретению, с другой стороны, средство 5 также содержит электронагревательное устройство в дополнение к газифицирующему устройству реформинг-установки.

Поэтому можно варьировать заданные соотношения, в которых требуемая тепловая энергия обеспечивается с помощью газифицирующего устройства реформинг-установки и с помощью электронагревательного устройства.

Преимущественно, электрическая энергия может поэтому использоваться для генерирования тепла полнее, когда она может быть получена экономически эффективно с оптимальными затратами. Например, в случае, если ветровые электростанции или солнечные электростанции временно производят больше электрической энергии. С другой стороны, если нет избытка в доступной электрической энергии, необходимая тепловая энергия может производиться принципиально известным путем за счет сжигания энергоносителя.

Преимущественно, таким образом можно использовать большие количества избыточной электрической энергии, поскольку в ином случае они не могли бы иметь значимого применения. Согласно настоящему изобретению скорость, с которой сжигается энергоноситель, может быть снижена. Процентное соотношение энергоносителя может быть сохранено.

Количество энергоносителя, сгорающее в единицу времени, можно таким образом варьировать без изменения электрической энергии, генерируемой генераторным блоком. Турбинный блок и генераторный блок могут действовать практически непрерывно, даже если скорость или интенсивность горения энергоносителя изменяется. В отличие от обычных энергоустановок максимальная скорость изменения в сжигании энергоносителя больше не ограничивается турбинным или генераторным блоками. Поэтому возможны очень высокие скорости изменения, с которыми возможно эффективно реагировать на изменения в доступном количестве энергии во внешней сети.

На Фиг. 2 схематично показан еще один вариант энергоустановки 100 согласно изобретению. Энергоустановка 100 спроектирована таким образом, что реформинг-установка 1 для производства синтез-газа использует уголь вместо природного газа. Он выводится через выпускное отверстие 9 и затем сжигается в камере сгорания (фронтовом устройстве) 30. Полученная таким образом текучая среда подается в турбинный блок 50 и затем в башни 55 для вывода отработанных газов и/или подается обратно в камеру сгорания (фронтовое устройство) 30.

В других аспектах упомянутая энергоустановка может быть такой же, как показанная на Фиг. 1.

На Фиг. 3 схематически показана реформинг-установка 1 энергоустановки согласно изобретению. Упомянутая реформинг-установка 1 пригодна для производства, в частности, синтез-газа из природного газа и воды. Природный газ и воду вводят в камеру 14 реформинг-установки 1 через впускные устройства 2, 3. Туда также подается катализатор, с помощью которого природный газ и вода конвертируются в синтез-газ, который затем покидает камеру 14 через выпускное устройство 9.

Для конверсии в синтез-газ необходим источник тепла. Для этой цели, с одной стороны, имеется теплообменник 19. Горячая текучая среда течет через теплообменник из впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6, в результате чего отдает тепло среде в камере 14. Горячая текучая среда нагревается посредством газифицирующего устройства 10. Там сжигается энергоноситель, которым может быть, например, природный газ.

В принципе, газифицирующее устройство 10 реформинг-установки может использовать тот же самый энергоноситель, который также используется для конверсии в синтез-газ или в другую горючую текучую среду. В показанном варианте природный газ используется как для генерирования тепла с помощью газифицирующего устройства 10, так и для конверсии в синтез-газ. Альтернативно, однако, и другие энергоносители также могут использоваться газифицирующим устройством 10 и для конверсии в синтез-газ. В результате отдачи тепла теплообменником 19 возрастает градиент температур в камере 14, в которой температура возрастает в направлении стрелки 11. Синтез-газ может вырабатываться за счет повышенной температуры.

Кроме того, также имеется электронагревательное устройство 20. Он имеет электрорезистивные элементы 29, которые проходят через камеру 14. В результате тепло также может отдаваться среде в камере 14 для выработки синтез-газа.

Еще один вариант реформинг-установки 1 энергоустановки согласно настоящему изобретению схематически показан на Фиг. 4. Как и в предыдущих вариантах, она также имеет теплообменник 19, через который транспортируется горячая текучая среда, которая нагревается посредством газифицирующего устройства 10. В отличие от предыдущего варианта, однако, здесь электронагревательный элемент 20 сначала нагревает текучую среду, например, воздух, который вводится в электронагревательное устройство через впускное отверстие 26. Нагретая текучая среда аналогичным образом транспортируется через теплообменник 19. Преимущественно, здесь не требуется никакого дополнительного вмешательства в камеру 14. Кроме того, очень легко и просто можно адаптировать известные реформинг-установки 1. Для этой цели обычно требуется дополнительное соединение с теплообменником 19, которое уже имеется для переноса тепла из газифицирующего устройства 10. Электронагревательное устройство 20 подсоединено к этому дополнительному соединению. В этом случае электронагревательное устройство 20 в принципе также может иметь любую другую конструкцию. Например, оно может иметь резистивные элементы или индукционные катушки. Кроме того, оно может содержать плазменные горелки.

Еще один вариант реформинг-установки 1 энергоустановки согласно настоящему изобретению схематически показан на Фиг. 5. Она спроектирована как установка для газификации угля, иначе говоря, она может использовать уголь в качестве энергоносителя и конвертировать его в синтез-газ.

Для этой цели в камеру 14 уголь вводится через впускное отверстие 2, а кислород - через впускное отверстие 3. С помощью дополнительного впускного отверстия 27 в камеру 14 подается вода в жидком или парообразном виде.

Тепловая энергия производится за счет сжигания в камере 14 дозированных угля и кислорода. В результате дополнительная доля угля конвертируется с водой в синтез-газ. Синтез-газ затем выводится через выпускное отверстие 9. Остаточные количества перемещаются в нижнюю часть камеры 14, которая также описывается как тушильная или охлаждающая ванна, и в твердом виде удаляются через выпускное отверстие 17. Таким образом газифицирующее устройство образовано здесь камерой 14, в которой уголь сгорает при подаче кислорода.

Упомянутая реформинг-установка отличается от известных установок газификации угля наличием дополнительного электронагревательного устройства 20. Вода может нагреваться в нем перед введением в камеру 14. В частности, вода может быть перегрета (сверх критически нагрета).

Поскольку электронагревательное устройство 20 обеспечивает тепловую энергию таким образом, то потребуется меньше угля, сжигаемого с кислородом, для выработки достаточной в сумме тепловой энергии. Поэтому регулирующий блок может быть адаптирован для регулирования количества угля и кислорода, вводимых в зависимости от тепловой мощности электронагревательного устройства 20. Чем выше тепловая мощность, тем меньше угля и кислорода вводится.

Однако, в принципе, также может быть предусмотрено электронагревательное устройство, которое подает тепловую энергию в другой точке. Альтернативно или дополнительно, например, внутри камеры 14 могут быть расположены нагревательные элементы.

Электронагревательное устройство также может быть предназначено для индукционного нагрева. Пример такого устройства показан на Фиг. 3. Показанное на нем электронагревательное устройство 20 имеет одну или более обмоток 22, на которые подают переменное напряжение. В результате этого переменное магнитное поле подается через проводящий материал, например, ферритный сердечник 23. Подлежащая нагреву среда транспортируется сквозь канал 21, который проходит через теплопроводящий материал 24. Благодаря магнитному полю в материале индуцируется электрический ток, в результате чего производится тепло, которое передается среде в канале 21. Таким образом обеспечивается экономически эффективная высокорентабельная и быстро регулируемая возможность конвертирования электрической энергии в тепловую энергию. Быстрая регулировка реализуется посредством переключателя 25. Он может замывать воздушный зазор в проводящем материале 23, в результате чего проводящий материал 23 образует замкнутое кольцо. В результате этого в проводящем материале 23 реализуется улучшенное регулирование магнитного поля.

Для последовательной адаптации известных энергоустановок обычно необходимо модифицировать реформинг-установку. Другие блоки, в частности, фронтовый блок (камера сгорания и т.д.), турбинный блок и генераторный блок могут остаться неизменными.

Энергоустановка согласно изобретению обеспечивает возможность быстрого изменения скорости горения энергоносителя, например, угля или природного газа. Она также обеспечивает возможность целенаправленно использовать излишки электроэнергии. В результате могут быть сэкономлены ископаемые виды топлива, которые в противном случае должны были бы сжигаться, и, следовательно, выбросы CO₂ также, преимущественно, снижаются.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергоустановках для генерирования электрической энергии, содержащих реформинг-установку, в которой энергоноситель может быть преобразован при подаче тепла в горючую текучую среду. Технический результат состоит в обеспечении эффективной адаптации к флуктуациям доступной электрической энергии. Реформинг-установка имеет газифицирующее устройство для получения источника тепла, в котором может сжигаться упомянутый энергоноситель. Во фронтовом устройстве (камере сгорания, горелке и т.д.) за счет сжигания горючей жидкости генерируется тепловая энергия. В турбинном блоке тепловая энергия обеспечивает вращение генераторного блока, генерирующего электрическую энергию. Для обеспечения источника тепла энергоустановка дополнительно к газифицирующему устройству реформинг-установки снабжена электронагревательным устройством, посредством которого электрическая энергия может быть преобразована в тепловую энергию. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Энергоустановка для генерирования электрической энергии, содержащая
реформинг-установку (1), в которой энергоноситель может быть преобразован при подаче тепла в горючую текучую среду, при этом реформинг-установка (1) имеет газифицирующее устройство (10) для получения источника тепла, в котором может сжигаться упомянутый энергоноситель;
фронтовое устройство (камера сгорания, горелки и т.д) (30), в котором за счет сжигания горючей жидкости может генерироваться тепловая энергия,
турбинный блок (50), в котором тепловая энергия может производить вращательное движение, и
генераторный блок (60), который активируется посредством вращательного движения для генерирования электрической энергии,
отличающаяся тем, что
для обеспечения источника тепла энергоустановка дополнительно к газифицирующему устройству реформинг-установки снабжена электронагревательным устройством (20), посредством которого электрическая энергия может быть преобразована в тепловую энергию;
регулирующее устройство, адаптированное к увеличению тепловой мощности электронагревательного устройства (20) и снижению тепловой мощности газифицирующего устройства (10).

2. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что горючей текучей средой, которая может быть произведена посредством реформинг-установки (1), является синтез-газ.

3. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что реформинг-установка (1) содержит устройство для газификации угля или устройство для ожижения угля.

4. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что реформинг-установка (1) содержит газовый реформер, посредством которого газ может быть конвертирован в качестве энергоносителя в горючую текучую среду.

5. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что реформинг-установка (1) содержит теплообменник (19), посредством которого тепловая энергия может передаваться энергоносителю, при этом теплообменник (19) может использоваться как газифицирующим устройством (10), так и электронагревательным устройством (20) для выработки тепловой энергии.

6. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что электронагревательное устройство (20) имеет электрорезистивные элементы (29) для конвертирования электрической энергии в тепловую энергию.

7. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что электронагревательное устройство (20) имеет плазменную горелку для нагрева среды, от которой тепло передается энергоносителю для конвертирования последнего в горючую текучую среду.

8. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что электронагревательное устройство (20) имеет индукционное средство (22, 23) для нагрева среды, при этом тепловая мощность индукционного средства (22, 23) может регулироваться путем изменения магнитного сопротивления индукционного средства.

9. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что предусмотрено регулирующее устройство, посредством которого может быть увеличена тепловая мощность электронагревательного устройства (20), а тепловая мощность газифицирующего устройства (10) может быть снижена, и наоборот.

10. Энергоустановка по п. 9, отличающаяся тем, что тепловые мощности электронагревательного устройства (20) и газифицирующего устройства (10) выполнены с возможностью регулирования в зависимости друг от друга посредством регулирующего устройства таким образом, что скорость, с которой производится горючая текучая среда, остается постоянной или изменяется не более чем с максимальной заданной скоростью изменения.

11. Энергоустановка по п. 1, отличающаяся тем, что тепловые мощности электронагревательного устройства (20) и газифицирующего устройства (10) выполнены с возможностью регулирования в зависимости друг от друга посредством регулирующего устройства таким образом, что температура в реформинг-установке (1) находится в заранее заданном диапазоне, в котором энергоноситель может конвертироваться в горючую текучую среду.

12. Способ генерирования электрической энергии, в частности, в установке по любому из пп. 1-11, в котором
энергоноситель конвертируют в горючую текучую среду в реформинг-установке при подаче тепла,
энергоноситель сжигают в газифицирующем устройстве (10) для получения источника тепла,
горючую текучую среду сжигают во фронтовом блоке (30), и в результате этого производят тепловую энергию,
тепловую энергию преобразуют в турбинном блоке (50) во вращательное движение, и
генераторный блок (60) приводится в действие вращательным движением, при этом генерируется электрическая энергия,
отличающийся тем, что в дополнение к предусмотренному газифицирующему устройству (10) реформинг-установки в качестве источника тепла предусматривают электронагревательное устройство (20), посредством которого электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию, при этом
увеличивают тепловую мощность электронагревательного устройства и уменьшают тепловую мощность газифицирующего устройства реформинг-установки в зависимости от доступного количества доступной электроэнергии во внешней энергосети.