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Dampfkesselregelanordnung
Die Erfindung betrifft eine Dampfkesselregelanordnung für ein aus mindestens einem Dampfkessel, einer Turbine und aus einem Stromerzeuger bestehendes Blockkraftwerk.
In elektrischen Verbundnetzen treten zu Spitzenzeiten Belastungsänderungen mit grosser Steilheit und steigender oder fallender Tendenz auf. Diese Belastungsänderungen, die mit relativ hoher Geschwindigkeit auftreten, werden durchwegs mit hydraulischen Spitzenkraftwerken oder Pumpspeicherwerken ausgeregelt, da der Wirklastregelgrösse und Häufigkeit von Dampfkraftwerken auf Grund thermischer Materialspannungen und der grossen Trägheit der Kesselfeuerung entscheidende Grenzen gesetzt sind. Ausserdem stellt eine hohe Regelfrequenz, die sich zwischen Mindestlast und Vollast bewegt, einen grossen Verschleiss der Dampfturbine mit den zugehörigen Stellorganen dar.
Der jährliche Zuwachs des elektrischen Energieverbrauches wird im europäischen Verbundnetz mit zirka 6% beziffert und wird grösstenteils durch den Bau von kalorischen Kraftwerken gedeckt. Diese Tendenz zeigt eindeutig, dass sich der prozentuale Anteil hydraulischer Spitzenenergie ständig verringert.
Abgesehen davon sind die weiteren Ausbaumöglichkeiten von Spitzenkraftwerken auch im europäischen Alpenraum begrenzt.
Es ist aber aus Erfahrung bekannt, dass Belastungsänderungen in elektrischen Verbundnetzen an Grösse und Geschwindigkeit stetig zunehmen und dass die gegenwärtige Regelungstechnik von kalorischen Kraftwerken allein nicht ausreichen wird, um der künftigen Dynamik des wachsenden Verbundnetzes folgen zu können.
Aus diesem Grunde wird ein Wirklastregelsystem für kalorische Kraftwerke aufgezeigt, das an Regelgeschwindigkeit selbst hydraulische Spitzenkraftwerke übertrifft.
Gemäss der Erfindung ist die Dampfkesselregelanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass eine an den Ausgang des Stromerzeugers angeschlossene transduktorgeregelte Heizeinrichtung vorgesehen ist, die einem der beiden Reglerdampfkessel zugeordnet ist. In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild veranschaulicht, das die Möglichkeit bietet, die einspeisende Leistung
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Wärmespeicherkapazität und Trägheit. Ferner einen brennstoffbefeuerten oder mittels Kernenergie beheizten Reglerdampfkessel--3-. Beide Reglerdampfkessel sind so ausgelegt, dass sie unabhängig voneinander den Vollastbetrieb der Turbine beliebig lange aufrecht erhalten.
Soll nun infolge einer Verbrauchseinsenkung im Verbundnetz die einspeisende Leistung des Generators verringert werden, so führt der Antriebsenergiewahlregler-12--, bedingt durch eine Sollwertvorgabe einen Gleichstrom --13-- auf die Vormagnetisierungswicklung-10--der Drossel Nach dem Magnetverstärkerprinzip nimmt der Blindwiderstand der Drossel in Abhängigkeit der zugeführten Gleichstromgrösse ab. Der Generator vermag nun einen Teil seiner erzeugten Energie über die Drossel der elektrischen Heizanlage-7-rückführen.
Obwohl die Turbine --4-- und der Generator --5-- nach wie vor mit Vollast fahren, hat sich die einspeisende Leistung des Generators - in das Verbundnetz-6-, um die Rückspeisung in die elektrische Kesselheizanlage
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vermindert. Die einspeisende Leistung des Generators in das Verbundnetz, kann somit innerhalb kürzester Zeit unabhängig von thermischen Materialspannungen und der anhaftenden Trägheit der Kesselfeuerung geregelt werden.
Dampfbedarf und Temperatur werden durch einen Supplementärregler--9--, der die Brennstoffzufuhr --8-- zu Reglerdampfkessel --3-- in Abhängigkeit der rückgeführten Stromgrösse regelt, stets auf dem vorgegebenen Vollastzustand gehalten.
Auf Grund der grossen Trägheit des Reglerdampfkessels--2--wird eine verzögerte Aufheizung der Dampfmassen erzielt, so dass für den Reglerdampfkessel --3-- eine ausreichende Regelzeitkonstante gewählt werden kann. Der Supplementärregler--9--misst die Rückführung der elektrischen Arbeit und regelt in Abhängigkeit von der Trägheit der beiden Reglerdampfkessel die Brennstoffzufuhr zu dem Reglerdampfkessel--3--. Der Supplementärregler--9--greift
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--3-- ein.- 4-- und der Generator--5--stets auf stationären Vollastzustand verharren, ist auch die erforderliche Dampfmenge von der augenblicklichen Wirklastabgabe des Generators in das Verbundnetz unabhängig und stets konstant.
Die Regelung der Wirklastabgabe des Generators --5-- in das Verbundnetz übernehmen daher ausschliesslich die beiden Reglerdampfkessel, die in Summe stets die konstante Vollastdampfmenge --Q-- erzeugen.
Ist-Q2-die Dampfmenge die der Reglerdampfkessel-2-bereitstellt, und--Q3--die
Dampfmenge, die der Reglerdampfkessel--3--bereitstellt, so gilt die Beziehung : Q = Q2 + Q3, wobei die Vollastdampfmenge-Q-stets konstant ist. Der Antriebsenergiewahlregler bestimmt in
Abhängigkeit der Netzfrequenz, oder einer Übergabeleistung, welcher von den beiden Reglerdampfkessel vorwiegend bzw. ausschliesslich zur Erzeugung der Vollastdampfmenge--Q--herangezogen wird.
Die Vorteile der beschriebenen Dampfkesselregelanordnung sind auf Grund des stationären
Vollastzustandes, die absolute Schonung der Turbinenanlage, die Unabhängigkeit von thermischen Zeitkonstanten und die nach den heutigen Stand der Technik unübertroffene hohe Regelgeschwindigkeit.
Im Regelfalle verschlechtert sich natürlich auf Grund der mehrfachen Energieumformung der Wirkungsgrad erheblich und beeinflusst damit die Wirtschaftlichkeit der gesamten Kraftwerksanlage.
Leistungsreduktionen von Dampfkraftwerken, die selbst mit konventionellen Regelmethoden vorgenommen werden, verzeichnen aber ebenfalls ein rapides Absinken des Wirkungsgrades, wobei hinzukommt, dass hydraulische Spitzenkraftwerke oder Pumpspeicherwerke zusätzlich eingesetzt werden müssen, um die anhaftende Regelträgheit von Dampfkraftwerken vorübergehend ausregeln zu können.
Ausserdem müssen die Speicher von hydraulischen Spitzenkraftwerken und Pumpspeicherwerken aufgefüllt werden, was die Verfügbarkeit der benötigten Regelenergie ausserordentlich beeinträchtigt. Trotz der hohen Baukosten und des beeinträchtigten Wirkungsgrades, sind Pumpspeicherwerke nur begrenzt einsatzbereit.
Die Wirtschaftlichkeit von Kraftwerksanlagen hängt nicht allein vom Wirkungsgrad der maschinellen Einrichtungen ab, sondern unter anderem auch von den Bau-, Betriebs-und Erhaltungskosten, sowie den Benutzungsstunden.
Dampfkraftwerke, die durch die Dampfkesselregelanordnung geregelt werden, fahren auch beachtliche Perioden bei vormalen Wirkungsgrad mit Vollast und können trotz hoher Investitionen auf der Kessel-und Regelungsseite gegenüber Pumpspeicherwerke vorteilhaft eingesetzt werden, zumal die Kosten der Dampfkesselregelanordnung einen verschwindenden Bruchteil eines Pumpspeicherwerkes ausmachen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dampfkesselregelanordnung für ein aus mindestens einem Dampfkessel, einer Turbine und aus
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