AT12575U1 - Verfahren zur erweiterung des regelungsbereiches von elektrischer leistung, die an das elektrizitätsnetz geliefert wird, und ein energiesystem mit einem erweiterten regelungsbereich - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren und einem Energiesystem zur Erweiterung des Regelungsbereiches der elektrischen Leistung, bei dem Elektrizität, die durch eine Elektrizitäts- oder eine Elektrizitäts- und Wärmeproduktionsquelle erzeugt wird, an einer Verbindungsstelle an das Elektrizitätsnetz geliefert werden kann, wobei der Regelungsbereich der Quelle durch die maximale installierte elektrische Leistung nach oben hin und die minimale elektrische Leistung der Quelle, bei der es noch möglich ist, die Quelle in stabiler Weise zu betreiben, nach unten hin begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist vor der Verbindungsstelle mit dem Elektrizitätsnetz eine elektrische Vorrichtung an der Quelle installiert, die, falls erforderlich, durch ihren eigenen Verbrauch die elektrische Leistung an der Stelle der Verbindung mit dem Elektrizitätsnetz unter die minimale elektrische Leistung der Quelle reduziert, wodurch der Regelungsbereich der elektrischen Leistung, die an das elektrische Netz an der Verbindungsstelle geliefert werden kann, im Vergleich zum Regelungsbereich der Quelle allein erweitert wird.

Description

österreichisches Patentamt AT 12 575 Ul 2012-08-15

Beschreibung [0001] Verfahren zur Erweiterung des Regelungsbereiches von elektrischer Leistung, die an das Elektrizitätsnetz geliefert wird, und ein Energiesystem mit einem erweiterten Regelungsbereich.

TECHNISCHES GEBIET

[0002] Diese Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Erweiterung des Regelungsbereiches von elektrischer Leistung, die in das Elektrizitätsnetz geliefert wird, und einem Energiesystem mit einem erweiterten Regelungsbereich.

HINTERGRUNDLITERATUR

[0003] Eines der größten Probleme in Bezug auf die Verwendung von Elektrizität ist die Unmöglichkeit, sie in der ursprünglichen Energieform zu speichern. Daher muss zu jeder Zeit das Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch von Elektrizität aufrecht erhalten werden. In jedem Elektrizitätsnetz ist dies die Verantwortlichkeit des Systembetreibers, der unterstützende Dienste von Kraftwerken und Wärmekraftwerken beschafft. Ein unterstützender Dienst bedeutet die Möglichkeit einer Elektrizitätsquelle sehr rasch auf die Anforderung zur Änderung der Leistung durch den Systembetreiber zu reagieren.

[0004] Für die Zwecke dieser Anmeldung werden Kraftwerke und Wärmekraftwerke auch als „Quellen" im Text der vorliegenden Patentanmeldung bezeichnet.

[0005] Unterstützende Dienste können nur durch bestimmte Arten von Quellen zur Verfügung gestellt werden. Z.B. stellen Atomkraftwerke sie üblicherweise nicht oder nur in geringem Maß zur Verfügung. Unterstützende Dienste werden in einem größeren Ausmaß durch Wärmekraftwerke und Kraftwerke, die Elektrizität und Wärme aus Kohle und Gas hersteilen, zur Verfügung gestellt. Der Bereich der Versorgung mit unterstützenden Diensten ist durch die installierte Leistung der Quelle nach oben hin und der minimalen technischen Leistung nach unten hin beschränkt. Die minimale technische Leistung bedeutet die Leistung, bei der die Quelle noch in stabiler Weise betrieben werden kann. Im Falle mancher Quellen ist dieser Bereich zusätzlich durch die Verpflichtung Wärme zu liefern beschränkt.

[0006] Der Grund für die Unmöglichkeit, die Leistung einer Wärmequelle für die Produktion von Elektrizität durch einfache Reduzierung der Leistung der Turbine zu reduzieren, ist ein bestimmter Regelungsbereich für den Betrieb der Turbine und der Dampfkessel, in dem die Turbine und der Kessel betrieben werden können. Ferner wird im Falle von hohem Wärmeverbrauch von Entnahmekondensationsturbinen die hohe erzwungene Produktion von Elektrizität im Hochdruckteil der Turbine vor der Entnahme durch die hohe Strömung verursacht, die zum Zwecke der Wärmeversorgung durch den Hochdruckteil der Turbine und der Wärmeentnahme durch den Konsumenten erzielt werden muss. Die Dampfturbine kann heruntergefahren werden und die Wärmeversorgung durch die Verwendung von Dampfreduktion (Drosseln und Kühlen mit hohen Parametern - Druck und Temperatur), die in den Kesseln erzeugt wird, erreicht werden. Jedoch ist im Falle der Turbinenabschaltung ihr neuerlicher Start zeitaufwändig und verkürzt ihre Lebensdauer und verursacht merkliche Verluste in Verbindung mit dem Start aus dem abgeschalteten Zustand bis zur erforderlichen Leistung.

[0007] Die Erzeugung von Wärme, die an den Endkunden geliefert wird, wird bei den meisten Quellen, die Wärme und Elektrizität erzeugen, durch Verbrennen von Brennstoff und Herstellung von Dampf in einem Kessel sichergestellt. Der Dampf mit hohen Druck- und Temperaturparametern geht durch eine Dampfturbine, wobei er nach Verrichtung der Arbeit und Erzeugung von Elektrizität die Turbine verlässt und für die Herstellung von Wärme für den Endkunden in einem Wärmetauscher verwendet werden kann. Das Niveau, bei dem Dampf von der Turbine für die Herstellung von Wärme entnommen wird, hängt von dem bestimmten Standort und der technologischen Ausstattung des Wärmekraftwerks ab. Grundsätzlich kann nur ein Teil des Dampfes entnommen werden und der Rest kann z.B. zum Kondensationsteil (Entnahmeturbine) 1 /6 österreichisches Patentamt AT12 575U1 2012-08-15 weitergehen, oder der gesamte Dampf, der durch die Turbine geht, kann entnommen werden (Gegendruckturbine). Heißes oder warmes Wasser, das als Wärmeenergiemedium für Endkunden verwendet wird, verlässt üblicherweise den Wärmetauscher. Abgekühltes Wasser kehrt vom Kunden zurück und wird im Wärmetauscher wieder durch Dampf auf die Ausgangstemperatur erhitzt und fließt zum Endkunden. Während der Produktion von Elektrizität in der Turbine gibt es einen bestimmten Minimalgrenzwert für ihre permanent aufrechterhaltbare Leistung und dieser Grenzwert für minimale Leistung der Turbine wird häufig durch das Erfordernis der Wärmeversorgung vom Turbinenausgang erhöht. Im Falle eines Erfordernisses zum Zwecke der Energieregelung die Leistung der Turbine zu reduzieren, kann diese Reduktion auf das Niveau unter der minimalen Leistung der Turbine kommen; jedoch kann nur der Betriebsbereich der Turbine, der aus ihren technischen Möglichkeiten resultiert, verwendet werden, der zusätzlich durch die erzwungene Produktion von Elektrizität aufgrund von Wärmeversorgungen (erzwungene Erhöhung der Produktion des kombinierten Produktionsmodus) beeinflusst wird.

[0008] Die Notwendigkeit eines größeren Regelungsbereiches des Elektrizitätsnetzes ist in den vergangenen Jahren gestiegen. Einer der Gründe ist die Erhöhung der installierten Leistung in den Windkraftanlagen, deren Betrieb von den klimatischen Bedingungen abhängt, wobei die Möglichkeit der Vorhersage ihres Betriebes minimal ist. Wie die oben erwähnten Fakten zeigen, ist der Nachteil der bestehenden Elektrizitätsproduktionsquellen ihre unzureichende Fähigkeit, den Bereich, der an das Netz gelieferten elektrischen Leistung zu ändern, während stabiler Betrieb der Quelle aufrecht erhalten wird und ohne die Notwendigkeit einen Teil der erzeugten Elektrizität zu vernichten.

[0009] Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, das eine Erweiterung des Regelungsbereiches der elektrischen Leistung, die an das Elektrizitätsnetz geliefert wird, erlaubt, und ein Energiesystem mit einem erweiterten Regelungsbereich vorzuschlagen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0010] Die Ziele der Erfindung werden durch das Verfahren zur Erweiterung des Regelungsbereiches für elektrische Leistung erfüllt, in welchem die Elektrizität, die durch eine Elektrizitätsquelle oder eine Elektrizitäts- und Wärmeproduktionsquelle erzeugt wird, an der Verbindungsstelle ins Elektrizitätsnetz geliefert werden kann, wo der Regelungsbereich der Quelle durch die maximale installierte elektrische Leistung nach oben hin und die minimale elektrische Leistung der Quelle, bei welcher es noch möglich ist, die Quelle in stabiler Weise zu betreiben, nach unten hin begrenzt ist, wobei das Wesentliche des Verfahrens darin besteht, dass vor der Verbindungsstelle mit dem Elektrizitätsnetz eine elektrische Vorrichtung mit der Quelle verbunden ist, welche elektrische Vorrichtung, falls notwendig, durch ihren eigenen Verbrauch die elektrische Leistung an der Verbindungsstelle zum Elektrizitätsnetz unter die minimale elektrische Leistung der Quelle reduziert, wodurch der Regelungsbereich der elektrischen Leistung, die an das Elektrizitätsnetz an der Verbindungsstelle geliefert werden kann, verglichen zum Regelungsbereich der Quelle alleine, erweitert wird.

[0011] Vorzugsweise kann als elektrische Vorrichtung ein elektrischer Erhitzer für Wärmeträgermedien installiert sein.

[0012] Ein elektrischer Wassererhitzer kann vorteilhaftenweise mit dem Dampfwärmetauscher verbunden sein, der ausgelegt ist, um Heizwasser mit Dampf zu erhitzen, wobei im Falle des Erfordernisses die elektrische Leistung an der Verbindungsstelle zum Elektrizitätsnetz unter die minimale elektrische Leistung der Quelle zu reduzieren, Heizwasser im elektrischen Wassererhitzer erhitzt wird.

[0013] In dem elektrischen Wassererhitzer kann zumindest ein Teil des von dem/den Kunden zurückgeführten abgekühlten Wassers erhitzt werden, bevor es in den Wärmetauscher eintritt. Eine andere Lösung ist, dass in dem elektrischen Erhitzer zumindest ein Teil des Wassers, das vom Dampfwärmetauscher zu dem/den Kunden fließt, zusätzlich erhitzt wird. Diese beiden Alternativen können auch kombiniert werden.

[0014] Die Ziele der Erfindung werden auch durch ein Energiesystem mit einem erweiterten 2/6 österreichisches Patentamt AT12 575U1 2012-08-15

Regelungsbereich für elektrische Leistung erfüllt, in welchem Elektrizität, die durch eine Elektri-zitäts- oder Elektrizitäts- und Wärmeproduktionsquelle erzeugt wird, an der Verbindungsstelle an das Elektrizitätsnetz geliefert werden kann, wo der Regelungsbereich der Quelle durch die maximale installierte elektrische Leistung nach oben hin und die minimale elektrische Leistung der Quelle, bei der es noch möglich ist, die Quelle auf stabile Weise zu betreiben, nach unten hin begrenzt ist, wobei das Wesentliche des Energiesystems darin besteht, dass es eine elektrische Vorrichtung umfasst, die mit der Quelle vor der Verbindungsstelle mit dem Elektrizitätsnetz verbunden ist.

[0015] Als elektrische Vorrichtung kann vorteilhaftenweise ein elektrischer Erhitzer für Wärmeträgermedien verwendet werden.

[0016] Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist ein elektrischer Wassererhitzer, der Wasser erhitzt, falls es notwendig ist, die elektrische Leistung an der Verbindungsstelle mit dem Elektrizitätsnetz unter die Minimalleistung der Quelle zu reduzieren, mit dem Wärmetauscher verbunden, der ausgelegt ist, das Heizwasser durch Dampf zu erwärmen.

[0017] Der elektrische Wassererhitzer kann konzipiert sein, zumindest einen Teil des von dem/den Wärmekunden zurückkommenden Wassers zu erwärmen, bevor es in den Dampfwärmetauscher eintritt, oder zusätzlich zumindest einen Teil des Wassers, der vom Wärmetauscher zu dem/den Wärmekunden fließt, zu erwärmen, wobei diese beiden Alternativen auch kombiniert werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0018] Unten werden einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei eine von ihnen mit Bezugnahme auf die angeschlossene Fig. 1 beschrieben ist, die das Schaltbild einer der möglichen Anordnungen der elektrischen Vorrichtung, die einen Teil des Energiesystems gemäß der Erfindung bildet, zeigt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG

[0019] Das Elektrizitätsnetz befindet sich oft im Zustand eines Elektrizitätsüberschusses mit einem Erfordernis zur Leistungsreduktion. Die Entsprechung nicht produzierter Elektrizität ist Energieverbrauch oder ihre Vernichtung. Der Regelungsbereich der Elektrizitäts- oder Elektrizitäts- und Wärmeproduktionsquelle kann durch Einbringung einer elektrischen Vorrichtung in das elektrische System erhöht werden, welches somit neben der Quelle auch diese elektrische Vorrichtung enthält. Elektrische Energie wird nicht vernichtet, sondern wird für die Produktion erforderlicher Wärme verwendet.

[0020] Die Erfindung verwendet die Kombination von Wärmeerzeugung mit einer Erhöhung des Stromverbrauchs in Wärmequellen für die Herstellung von Elektrizität oder Elektrizität und Wärme (im Folgenden auch nur „Quelle"), wobei die Energie nicht vernichtet wird, sondern effizient genutzt wird.

[0021] Die Erhöhung von innerem Verbrauch kann erzielt werden, z.B. durch Starten des elektrischen Heizens von Wasser oder anderen Wärmeträgermedien, die an die Kunden geliefert werden oder für interne Zwecke der Quelle verwendet werden. Auf diese Weise wird ein Teil der Elektrizität für die Produktion von Wärme verbraucht und gleichzeitig wird die Turbine in einem weiteren Bereich betreibbar sein, da sie nicht unter die Minimalleistung kommt. In dieser Lösung des Erhöhens des internen Verbrauchs und damit des Reduzierens der Gesamtleistung des Energiesystems unter das aufrechterhaltbare Niveau vom Turbinenpunkt, wird ein elektrischer Wassererhitzer mit dem bestehenden Dampf- oder Heißwasserwärmetauscher (im Folgenden auch nur „Tauscher"), der zum Erhitzen von Heizwasser verwendet wird, verbunden. Die Ausstattung und der spezielle Aufbau des Wassererhitzers wird von jeder bestimmten Quelle abhängen. Es gibt beschränkende Faktoren, wie die Ausstattung der Quelle, die Parameter der Heizmedien, Besonderheiten des lokalen Wärmemarkts, usw.

[0022] Wenn es ein Erfordernis für eine plötzliche Reduktion der elektrischen Leistung aus dem 3/6

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT12 575U1 2012-08-15 Energiesystem unter den Regelungsbereich der Turbine zu einem bestimmten Moment gibt (der Regelungsbereich wird auch von den gegenwärtigen Wärmelieferungen abgeleitet) wird abgekühltes Wasser, das von den Kunden zurückkommt, in einem elektrischen Kessel oder mit einer Heizspule, die direkt in der Rohrleitung oder einem anderen Strömungsort installiert ist, erwärmt, bevor es in den Wärmetauscher eintritt. Wasser, das zu den Kunden fließt, kann zusätzlich auf gleiche Weise erwärmt werden. Die Strömung durch den Tauscher wird aufrecht erhalten, der Dampfverbrauch für das Erhitzen von Wasser wird in Übereinstimmung mit dem zusätzlichen Erhitzen für die Bedürfnisse der Hochqualitätsversorgung von Wärme zum Endkonsumenten gesteuert. Ein Schaltbild einer von möglichen Arten der Verbindung ist in Fig. 1 gezeigt. [0023] Der elektrische Kessel kann als Durchflusskessel mit einer großen Heizoberfläche gestaltet sein und wird mit der Quelle als ein Teil des Energiesystems verbunden. Während des Betriebs mit nur dem Tauscher (ohne ein Erfordernis, den internen Verbrauch von Elektrizität zu erhöhen) wird der elektrische Kessel von der Technologie, ohne irgendeinen Einfluss auf den Betrieb der Quelle getrennt sein. Um den Druckverlust des Wassers aufgrund seiner Strömung durch den elektrischen Kessel im Falle seiner Verwendung zu eliminieren, kann die Leistung der Umlaufpumpen für Heizwasser erhöht werden. Für die Regelung des Flusses durch den elektrischen Kessel kann ein schließendes Ventil installiert sein, das die Strömung durch den elektrischen Kessel durch Einstellen der Druckverhältnisse beeinflusst. Der elektrische Kessel kann auch mit Technologie für den Schutz der Heizoberfläche vor einem Betrieb ohne Kühlmedien ausgerüstet sein. [0024] Die Ausgestaltung, bei der nicht das gesamt von den Kunden zurückgeführte Wasser, sondern nur ein Teil strömt, wird auf die gleiche Weise arbeiten. In einem solchen Fall wird es auch ein System von Verschlüssen geben, um die neu installierte Ausrüstung abzutrennen. [0025] Der beschriebene Aufbau des elektrischen Kessels ist einer von vielen technisch möglichen Wegen, den internen Verbrauch an Elektrizität zu erhöhen, um die Gesamtleistung des Energiesystems und folglich den Umfang unterstützender Dienste zu beeinflussen. [0026] Wie oben gezeigt, ist der Hauptvorteil und das kennzeichnende Merkmal des Verfahrens und des Energiesystems, basierend auf der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem bisherigen Stand der Technik die Tatsache, dass das vorgeschlagene Energiesystem (und das Verfahren) es erlauben, die elektrische Leistung an der Verbindungsstelle zum Elektrizitätsnetz im Vergleich zur elektrischen Leistung, die nur mit der Quelle allein geliefert wird, zu reduzieren, indem der Verbrauch der Elektrizität erhöht wird, während die Elektrizität effizient für den Zweck der Wärmeversorgung genutzt wird. Verglichen mit einfacher Vernichtung von Energie oder Gesamtabschalten der Quelle stellt diese Lösung neben einer Erhöhung des Regelungsbereiches auch sicher, dass die Energie im Brennstoff effizient verwendet wird und sie ist umweltfreundlich. Ansprüche 1. Verfahren zur Regelung der elektrischen Leistung, die von einer Elektrizitätsproduktionsquelle in ein elektrisches Netz gespeist wird, welches Verfahren ein stabiles Funktionieren der Elektrizitätsproduktionsquelle auch unter Bedingungen ermöglicht, bei denen eine erforderliche elektrische Leistung der Elektrizitätsproduktionsquelle, die in das elektrische Netz gespeist wird, geringer ist als die elektrische Leistung, die einem minimalen zulässigen stabilen Funktionieren der Elektrizitätsproduktionsquelle entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass erforderlichenfalls ein elektrischer Erhitzer für ein Wärmeträgermedium aktiviert wird, um mit einem erforderlichen elektrischen Energieeingang zu laufen, welcher elektrischer Erhitzer für ein Wärmeträgermedium elektrisch zwischen den Anschlüssen der Elektrizitätsproduktionsquelle und einer Verbindungsstelle der elektrischen Produktionsquelle mit dem elektrischen Netz verbunden ist, um die gesamte elektrische Leistung der Elektrizitätsproduktionsquelle an der Stelle seiner Verbindung mit dem elektrischen Netz zu reduzieren, wobei die Wärme, die im elektrischen Erhitzer für das Wärmeträgermedium produziert wird, in ein Wärmekundennetz geliefert wird. 4/6 österreichisches Patentamt AT 12 575 Ul 2012-08-15
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium kontinuierlich vom elektrischen Erhitzer des Wärmeträgermediums über einen Wärmetauscher der Elektrizitätsproduktionsquelle in das Wärmekundennetz geliefert wird.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des abgekühlten Wärmeträgermediums, das vom Wärmekundennetz zurückgespeist wird, vor dem Eintreten in den Wärmetauscher der Elektrizitätsproduktionsquelle in dem elektrischen Erhitzer für das Wärmeträgermedium erhitzt wird.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Wärmeträgermediums, das in das Wärmekundennetz geliefert wird, in dem elektrischen Erhitzer für Wärmeträgermedium wieder erhitzt wird.
5. 5. Energiesystem für die Regelung der elektrischen Leistung, die von einer Elektrizitätsproduktionsquelle in ein elektrisches Netz geliefert wird, wobei das Energiesystem ein stabiles Funktionieren der Elektrizitätsproduktionsquelle auch unter Bedingungen ermöglicht, dass eine erforderliche elektrische Energieleistung aus der Elektrizitätsproduktionsquelle, die in das elektrische Netz gespeist wird, geringer ist, als die elektrische Leistung, die einem minimalen zulässigen stabilen Funktionieren der Elektrizitätsproduktionsquelle entspricht, gekennzeichnet dadurch, dass das System einen elektrischen Erhitzer umfasst, der zwischen Anschlüssen der Elektrizitätsproduktionsquelle und einer Verbindungsstelle der Elektrizitätsproduktionsquelle mit dem elektrischen Netz verbunden ist, wobei der elektrische Erhitzer bei Bedarf auf einen erforderlichen elektrischen Leistungseingang aktivierbar ist, um die gesamte elektrische Leistung der Elektrizitätsproduktionsquelle an der Stelle der Verbindung mit dem elektrischen Netz zu reduzieren und das Wärmeträgermedium zu erhitzen, wobei der Ausgang des elektrischen Erhitzers des Wärmeträgermediums zum Abführen des erhitzten Wärmeträgermediums über ein Verbindungsrohr mit einem Wärmekundennetz verbunden ist.
6. 6. Energiesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des elektrischen Erhitzers für das Wärmeträgermedium zum Abführen des erhitzten Wärmeträgermediums über das Verbindungsrohr mit dem Wärmekundennetz über einen Wärmetauscher der Elektrizitätsproduktionsquelle verbunden ist.
7. 7. Energiesystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Erhitzer für das Wärmeträgermedium konzipiert ist, um zumindest einen Teil des abgekühlten Wärmeträgermediums, das vom Wärmekundennetz zurückgeführt wurde, zu erhitzen, bevor das Wärmeträgermedium in den Wärmetauscher der Elektrizitätsproduktionsquelle ein-tritt.
8. 8. Energiesystem gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Erhitzer des Wärmeträgermediums konzipiert ist, um zumindest einen Teil des Wärmeträgermediums, das in das Wärmekundennetz durch den Wärmetauscher der Elektrizitätsproduktionsquelle geliefert wird, wiederzuerwärmen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6