CH697859A2 - Verfahren und System zur Voraussage von Gasturbinenemissionen. - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren und System zur Bestimmung der Emissionen einer Gasturbine (110) unter Verwendung meteorologischer Daten (150) werden beschrieben. Das Verfahren und das System können mindestens ein Emissionsvoraussagesystem (140) umfassen. Das Verfahren und das System können auch mindestens einen meteorologischen Zustand voraussagen. Das Verfahren und das System können auch eine Emissionsvorgabe bestimmen.

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Emissionen von Turbomotoren und betrifft ein Verfahren und ein System zur Voraussage von Gasturbinenemissionen unter Berücksichtigung meteorologischer Daten, das automatisch betrieben werden kann.

[0002] Die Emissionen von Turbomotoren, z.B. von Gasturbinen, sind in der Regel von verschiedenen Betriebsparametern und den örtlichen Wetterbedingungen (Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit) abhängig und die genaue Voraussage von Gasturbinenemissionen ist bei variierenden Betriebsparametern schwierig, weil dies Änderungen verursacht, wie etwa eine Änderung des Verdichterausgangsdrucks, der Verdichterausgangstemperatur, der Zündtemperatur und der abgegebenen Leistung, wobei alle diese Veränderungen zu unterschiedlichen Emissionen führen.

   Die lokalen Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, atmosphärischer Druck, Luftfeuchtigkeit und dergleichen haben aber ebenfalls einen Einfluss auf die Emissionen. Beispielsweise verringern sich normalerweise die NOx-Emissionen mit zunehmender Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur. Relativ niedrige Werte der NOx-Emissionen können dazu führen, dass die Gasturbine nahe der Magerbetrieb-Brennschlussgrenze (engl.: lean-blowout, auch LBO genannt) arbeitet, was Fehlfunktionen verursachen kann.

   Um dies zu vermeiden, wird die Gasturbineneinstellung etwa dadurch geändert, dass man eine Feinabstimmung, d.h. ein Tuning des Verbrennungssystems vornimmt.

[0003] Gasturbinen werden allgemein nach einer grösseren Überholung einem Tuning unterzogen, z.B. periodisch und jahreszeitlich, oder bei möglichen oder tatsächlichen Emissionsproblemen oder dann, wenn die Brenndynamik Grenzwerte überschreitet.

[0004] Die gegenwärtig bekannten Systeme leiden unter Problemen. Die bekannten Systeme können die Emissionen einer Gasturbine nämlich nicht in Echtzeit genau voraussagen und bieten auch keine quantitative Lösung für die Emissionsvoraussage bei Verwendung meteorologischer Daten, was ein proaktives oder vorausschauendes Tuning der Gasturbine zur Vermeidung von LBOs verhindert.

   Die bekannten Systeme ermöglichen schliesslich auch keine automatische Voraussage der Einhaltung der zulässigen Emissionsgrenzwerte einer Gasturbine, etwa für die Anwendung von Emissionshandelssystems oder dergleichen.

[0005] Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an einem Verfahren und einem System zur automatischen Voraussage der zukünftigen Emissionen einer Gasturbine unter Einbeziehung meteorologischer Daten. Ein solches Verfahren bzw. System sollte eine quantitative Angabe für die Voraussage zukünftiger Emissionen und ein proaktives Tuning der Gasturbine zur Vermeidung von LBOs ermöglichen. Dabei sollten sich auch Emissionshandelssysteme einbeziehen lassen.

[0006] Die Erfindung ermöglicht es, diesen Bedarf zu befriedigen und betrifft in einer ersten Ausführungsform ein Verfahren zur Voraussage von Gasturbinenemissionen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

   Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens haben die Merkmale der Ansprüche 2 bis 9.

[0007] Die Erfindung bietet auch ein System zur Bestimmung von Gasturbinenemissionen mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen.

[0008] Gemäss einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Emissionen einer Gasturbine unter Verwendung meteorologischer Daten, wobei das Verfahren umfasst:
 die Vorgabe mindestens eines Emissionsvoraussagesystems, das den von mindestens einer Gasturbine erzeugten Emissionswert voraussagt;
 den Empfang mehrere Betriebsdaten der mindestens einen Gasturbine;
 den Empfang mehrerer meteorologischer Daten;

   und
 die Erzeugung einer Emissionsabgabenachricht auf Basis der meteorologischen Daten, wobei die Nachricht die erzeugten Emissionswerte umfasst.

[0009] Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch eine Angabe dahingehend liefern, ob auf Basis der Nachricht, die den erzeugten Emissionswert enthält, ein Tuning der mindestens einen Gasturbine zweckmässig ist, und ein Brenn-Tuning anfordert, wenn dies der Fall ist.

[0010] Der Empfang mehrerer meteorologischer Daten umfasst vorzugsweise ausserdem:
 den Empfang mindestens eines meteorologischen Zustands;
 die Bestimmung, ob die Voraussage mindestens eines zusätzlichen meteorologischen
Zustands erfolgen soll;

   und die Übertragung der meteorologischen Daten.Zur Bestimmung, ob mindestens ein meteorologischer Zustand vorausgesagt werden soll, wird mindestens ein meteorologisches Voraussagemodell verwendet.

[0011] Das Emissionsvoraussagesystem umfasst ferner eine Methode zur Einbeziehung der Emissionsvorgabe durch:
 Empfang des erzeugten Emissionswertes;
 Bestimmung eines Emissionskredits; und
 Erzeugung einer Nachricht über den Emissionskredit.Zur Bestimmung der Emissionsvorgabe gehört der Empfang früherer Emissionsdaten.

[0012] Zu den zu erfassenden Betriebsdaten gehören mindestens die Daten gewählt aus einer der folgenden Gruppen:

   Daten zur Brenndynamik, Emissionsdaten, Daten über die Position mindestens eines Steuerventils, die Temperaturdaten am Verdichterausgang und die Druckdaten am Verdichterausgang.

[0013] Zum Emissionsvoraussagesystem gehört die Einbeziehung mindestens eines Überwachungs- und Diagnosesystems in das Emissionsvoraussagesystem.

[0014] Das Emissionsvoraussagesystem umfasst vorzugsweise ausserdem die Einbeziehung mindestens eines Emissionshandelssystems in das Emissionsvoraussagesystem.

[0015] Gemäss einer anderen Ausführungsform bietet die Erfindung ein System zur Bestimmung der Emission von Gasturbinenemissionen unter Verwendung meteorologischer Daten;

   dieses System umfasst:
 mindestens ein Emissionsvoraussagesystem,
 Mittel zum Empfang einer Mehrzahl von Betriebsdaten entsprechend der mindestens einen Gasturbine,
 Mittel zum Empfang einer Mehrzahl von meteorologischen Daten und
 Mittel zur Erzeugung einer Emissionsabgabenachricht auf Basis der meteorologischen Daten.

[0016] In den Zeichnungen zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung der Umgebung, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird;


  <tb>Fig. 2<sep>ein Fliessbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Voraussage der Emission einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;


  <tb>Fig. 3<sep>ein Fliessbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung meteorologischer Daten gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;


  <tb>Fig. 4<sep>ein Fliessbild, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung der Emissionsvorgabe gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert; und


  <tb>Fig. 5<sep>ein Blockschema eines Beispiels für das System zur Voraussage der Emissionen einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.

[0017] Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung als Verfahren, als System oder als Computerprogrammprodukt ausgeführt werden kann. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung die Form einer gänzlich auf Hardware beruhenden Ausführungsform, einer vollständig auf Software beruhenden Ausführungsform (einschliesslich von Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder eine Ausführungsform haben, in welcher die hier allgemein als "Schaltkreis", "Modul" oder "System" bezeichneten Software- bzw. Hardwareausführungsformen kombiniert werden.

   Ausserdem kann die vorliegende Erfindung die Form eines Computerprogrammproduktes auf einem, für einen Computer betriebsfähigen Speichermedium haben, wobei das Speichermedium computerfähigen Programmcode enthält.

[0018] Es kann jedes geeignete und mit einem Computer verarbeitbare (engl.: Computer readable), d.h. computerfähige Medium verwendet werden. Das computerfähige Medium kann ohne Beschränkung z.B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, mit Infrarot arbeitendes oder ein mit Halbleitern arbeitendes System oder eine entsprechende Anlage, Vorrichtung oder ein Propagationsmedium sein.

   Spezifischere aber ebenfalls nicht beschränkend zu verstehende Beispiele für computerfähige Medien sind u.a. die Folgenden: elektrische Verbindungen mit einem Draht oder mehreren Drähten, portable Computerdisketten, Festplatten, ein Speicher mit beliebigem Zugang (RAM), nur zum Auslesen befähigte Speicher (ROM), löschfähig programmierbare und nur zum Auslesen befähigte Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), Lichtleiter, portable Disketten mit nur zum Auslesen befähigtem (CD-ROM), optische Speichervorrichtung, Transmissionsmedien, wie sie das Internet oder ein Intranet unterstützen, oder magnetische Speichervorrichtungen.

   Es versteht sich, dass das computerfähige oder mit dem Computer lesbare Medium auch Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein könnte, auf dem das Programm aufgedruckt ist, da das Programm elektronisch z.B. mit Hilfe eines optisches Scanners vom Papier oder einem anderen Mediums aufgenommen, dann kompiliert, interpretiert oder anderweitig in einer geeigneten Weise verarbeitet und, sofern notwendig, dann in einen Computerspeicher übertragen werden kann.

   Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung kann ein computerfähiges Medium jedes Medium sein, welche das Programm zur Verwendung oder in Verbindung mit dem Instruktionsausführungssystem oder einem entsprechenden Gerät oder Apparat enthalten, speichern, kommunizieren, propagieren oder transportieren kann.

[0019] Computerprogramm-Code zur Durchführung von Operationen gemäss der vorliegenden Erfindung kann in einer objektorientierten Programmiersprache, wie Java7, Smalltalk, C++ oder dergleichen geschrieben sein. Der Computerprogramm-Code für die Ausführung von Operationen gemäss der vorliegenden Erfindung kann aber auch in konventionellen prozeduralen Programmiersprachen, wie der "C" Programmiersprache oder einer ähnlichen Sprache geschrieben sein.

   Der Programm-Code kann völlig auf dem Computer des Anwenders, oder teilweise auf dem Computer des Anwenders, oder als eigenständiges Softwareprogramm, teilweise auf dem Computer des Anwenders und teilweise auf einem entfernten Computer oder vollständig auf dem entfernten Computer ausgeführt werden. Im zuletzt genannten Fall kann der entfernte Computer mit dem Computer des Anwenders durch ein lokales Netzwerk (LAN) oder überlokales Netzwerk (WAN) verbunden sein, oder aber die Verbindung erfolgt über einen externen Computer (z.B. durch das Internet unter Verwendung eines Internet Service Providers).

[0020] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Darstellungen als Fliessbilder und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäss der vorliegenden Erfindung beschrieben.

   Es versteht sich, dass jeder Block der Darstellungen als Fliessschema und/oder Blockdiagramm sowie Kombinationen von Blöcken in der Darstellung als Fliessschema und/oder Blockdiagramm in Form von Computerprogramminstruktionen implementiert werden kann. Diese Computerprogramminstruktionen können einem Prozessor eines Allzweckcomputers, eines Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsanlage zur Schaffung einer Arbeitsvorrichtung zugeführt werden, derart, dass die Instruktionen, die über den Prozessor des Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsanlage ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der Funktionen/Vorgänge darstellen,

   die in den Fliessbildern und/oder Blockdiagrammen spezifiziert sind.

[0021] Diese Computerprogramminstruktionen können auch in einem Computer-lesbaren Speicher gespeichert sein oder gespeichert werden, der einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsanlage steuert, um in einer bestimmten Weise so zu wirken, dass die im Computer-lesbaren Speicher gespeicherten Instruktionen ein die Instruktionsmittel umfassendes Herstellungsprodukt erzeugen, das die in den Fliessbildern und/oder Blockdiagramms spezifizierten Funktionen/Vorgänge ausführt.

   Die Computerprogramminstruktionen können auch in einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsanlage geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten zu bewirken, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsanlage zur Erzeugung eines Computer-implementierten Verfahrens durchzuführen sind, sodass die Instruktionen, die auf dem Computer oder einer anderen programmierbaren Anlage ausgeführt werden, die Schritte zur Implementierung der in den Fliessdiagrammen und/oder Blockdiagrammen spezifizierten Funktionen/Vorgänge liefern.

[0022] Die nachfolgende ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezieht sich auf die beigeschlossenen Zeichnungen, die spezielle Ausführungsformen der Erfindung erläutern.

   Im Rahmen der Erfindung liegen aber auch andere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Strukturen und Operationen.

[0023] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Form einer Applikation oder eines Verfahrens mit dem technischen Effekt der Verwendung meteorologischer Daten zur Voraussage der Emissionen mindestens einer Gasturbine. Die vorliegende Erfindung kann von der mindestens einen Gasturbine eine Mehrzahl von Betriebsdaten erhalten. Die Mehrzahl der Betriebsdaten kann Daten über die Brenndynamik, die Emissionen, die Stellung mindestens eines Steuerventils, die Verdichterausgangstemperatur und den Verdichterausgangsdruck umfassen.

   Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Betriebsdaten zur Voraussage der zukünftigen Emissionen der mindestens einen Gasturbine verwenden.

[0024] In Bezug auf die Zeichnungen, in welchen die verschiedenen Zahlen in den unterschiedlichen Ansichten gleiche Elemente darstellen, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Umgebung, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet. Fig. 1 zeigt einen Kraftwerkstandort 100 mit mindestens einer Gasturbine 110, einem Abgaskamin 120, einer Mehrzahl von Betriebsdaten 130, einem Emissionsvoraussagesystem 140, den meteorologischen Daten 150 sowie einen Generator 160 für Mitteilungen zur Brenn-Tuning.

[0025] Der Kraftwerkstandort 100 kann mindestens ein (nicht dargestelltes) Steuersystem oder dergleichen umfassen, das die Mehrzahl Betriebsdaten 130 von der mindestens einen Gasturbine 120 empfängt.

   Der Kamin 120 kann ein kontinuierliches Emissionsüberwachungssystem (Continuous Emmission Control System; CEMS) oder dergleichen enthalten, das im typischen Fall die von der Gasturbine 110 effektiv abgegebenen Emissionen misst. Das CEMS kann eine Zusammenfassung der effektiven Emissionsdaten und der Betriebsdaten 130 ermöglichen. Die Betriebsdaten 130 können mindestens einem Emissionsvoraussagesystem 140 zugeführt werden.

[0026] Die meteorologischen Daten 150 können mehrere Daten über die meteorologischen Bedingungen am Kraftwerkstandort 100 umfassen. Die meteorologischen Daten 150 können beispielsweise, aber ohne Beschränkung, enthalten: die Umgebungstemperatur, den barometrischen Druck, die Luftfeuchtigkeit sowie Kombinationen dieser Werte.

   Das meteorologische Datensystem 150 kann dem Emissionsvoraussagesystem 140 die meteorologischen Daten liefern.

[0027] Das Emissionsvoraussagesystem 140 kann die Form einer (nicht dargestellten) kontinuierlichen Diagnoseanlage oder dergleichen haben. Das Emissionsvoraussagesystem 140 kann mindestens eine Funktion für Rechenfunktionen oder dergleichen zur Voraussage zukünftiger Emissionen der Gasturbine 110 verwenden.

[0028] Der Generator 160 für die Nachrichten zum Brenn-Tuning kann automatisch eine Nachricht erzeugen, wenn die Gasturbine 110 ein Tuning des Brennvorgangs benötigt. Erfindungsgemäss ist es auch möglich, dass die Nachricht automatisch an das Betriebspersonal des Kraftwerks 100 gesendet wird oder dass die Nachricht automatisch an ein ausgelagertes Support-System gesendet wird.

   Beispielsweise kann das ausgelagerte Support-System benachrichtigt werden, wenn erfindungsgemäss festgestellt wird, dass das Emissionsvoraussagesystem 140 ein potentielles Emissionsproblem anzeigt.

[0029] In Fig. 2 ist das Fliessbild eines Beispiels eines Verfahrens 200 für die Voraussage der Emissionen einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Schritt 210 kann das Verfahren 200 mehrere Betriebsdaten 130 zu mindestens einem (nicht in Fig. 2 dargestellten) Kraftwerksmotor 110 empfangen. Erfindungsgemäss können auch mehrere Betriebsdaten 130 von mehreren Gasturbinen 110 empfangen werden.

   Beispielsweise kann das Verfahren 200 in Schritt 210 mehrere Betriebsdaten 130 einer ersten Gasturbine, einer zweiten Gasturbine und einer dritten Gasturbine empfangen, die Teil des Kraftwerks 100 sind.

[0030] Die Betriebsdaten 130 können mit unterschiedlichen Samplingraten oder dergleichen empfangen werden, beispielsweise mit einem Datenpunkt pro Sekunde (1/sec) oder einem Datenpunkt pro 30 Sekunden (1/30 sec). Allgemein können während des Betriebs eines Motors 110 des Kraftwerks bestimmte Betriebsdatenpunkte für Überwachungszwecke verwendet werden, während andere Betriebsdatenpunkte für die Steuerung oder für andere Zwecke verwendet werden, die eine höhere Samplingrate erfordern.

   Zur Einsparung von Speicherplatz für die Speicherung der Betriebsdaten 130 können die Betriebsdatenpunkte, die für die Überwachung verwendet werden, mit einer niedrigeren Samplingrate, wie 1/30 sec empfangen werden. Ferner können die zur Steuerung verwendeten Betriebsdatenpunkte mit einer höheren Samplingrate, wie 1/sec, empfangen werden. Beispielsweise kann ein zur Überwachung der Umgebungstemperatur verwendeter Betriebsdatenpunkt mit einer niedrigeren Samplingrate wie 1/30 sec. empfangen werden, während ein zur Steuerung der Position mindestens eines Steuerventils verwendeter Betriebsdatenpunkt mit einer höheren Samplingrate, wie 1/sec. empfangen wird.

[0031] In Schritt 220 kann das Verfahren 200 die von der Gasturbine 110 zukünftig erzeugten Emissionen voraussagen. Die in Schritt 210 empfangenen Betriebsdaten 130 können in Algorithmen einfliessen.

   Beispielsweise können in Schritt 220 auch mehrere meteorologische Daten 150 aus Schritt 230 empfangen werden.

[0032] Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine (nicht in Fig. 2 dargestellte) kontinuierliche Diagnosevorrichtung zur Voraussage zukünftiger Emissionen verwendet werden. Allgemein kann die kontinuierliche Diagnosevorrichtung in Echtzeit einen Teil der Betriebsdaten 130 und einen Teil der meteorologischen Daten verwenden, um mindestens eine Berechnung zukünftiger Emissionen durchzuführen. Die oben erwähnten Daten können analoge und digitale Datenpunkte enthalten.

   Beispielsweise kann die kontinuierliche Diagnosevorrichtung folgende Daten verwenden: Daten zur Brenndynamik, Emissionsdaten, Daten zur Position mindestens eines Steuerventils, Verdichterausgangstemperaturdaten, Verdichterausgangsdruckdaten, den atmosphärischen Druck, die Umgebungstemperatur und Kombinationen dieser Daten.

[0033] Die kontinuierliche Diagnosevorrichtung kann einen Algorithmus enthalten, der mehrere Gleichungen für die Voraussage zukünftiger Emissionen der Gasturbine 110 umfasst.

   Beispielsweise können folgende Gleichungen für ein Echtzeitmodell zur Voraussage von NOx Emissionen eingesetzt werden:
 <EMI ID=2.0> 
worin die Symbole folgende Bedeutung haben:
NOxNominal : steht für den NOx Wert, der unter nominalen Arbeitsbedingungen entsteht, wie sie vom Betreiber definiert oder akzeptiert worden sind;
delta TFlame : steht für die Differenz zwischen der tatsächlichen Zündtemperatur und einem Bezugswert der Zündtemperatur;
delta SH : steht für die Differenz zwischen der gegenwärtigen spezifischen Luftfeuchtigkeit und der spezifischen Luftfeuchtigkeit unter ISO-Bedingungen;
CPD : steht für den Verdichterausgangsdruck;
CPDiso : steht für den Verdichterausgangsdruck bei ISO-Bedingungen, und
Q :

   steht für Strömungsgeschwindigkeit.

[0034] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht es dem Betreiber, die kontinuierliche Diagnosevorrichtung zur Einberechnung der spezifischen Bedingungen der Betriebsstätte und/oder der Gasturbine 110 einzustellen. Beispielsweise kann die kontinuierliche Diagnosevorrichtung eine oder mehrere Dateien mit spezifischen Konstanten der Betriebsstätte und eine gesonderte Datei für die spezifischen Konstanten der Gasturbine 110 umfassen, wobei beide Daten in den Algorithmus der kontinuierlichen Diagnosevorrichtung einbezogen werden.

[0035] Gemäss Fig. 2 kann das Verfahren 200 im Schritt 230 mehrere meteorologische Daten 150 an die mindestens eine kontinuierliche Diagnosevorrichtung oder dergleichen übertragen, die oben in Schritt 220 beschrieben wurde.

   Die meteorologischen Daten 150 können umfassen: die Umgebungstemperatur, den barometrischer Druck, die Luftfeuchtigkeit, und Kombinationen hiervon. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die meteorologischen Daten 150 von der Vorrichtung empfangen, welche die Wetterbedingungen in der Umgebung der Gasturbine 110 bestimmen kann Wie nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert bietet eine Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Vorhersage der meteorologischen Daten.

[0036] Das Verfahren 200 kann in Schritt 240 eine Emissionsnachricht erzeugen, welche die in Schritt 220 ermittelte Voraussage der erzeugten Emissionen angibt. Die Nachricht kann automatisch erzeugt und automatisch der für die Gasturbine 110 zuständigen Betriebsperson zugleitet werden.

   Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Emissionsnachricht automatisch einem Supportsystem übermittelt werden, wie beispielsweise einem ausgelagerten Dienst, der vom Betreiber der Gasturbine 110 damit beauftragt ist. Beispielsweise kann das Supportsystem vom Hersteller der ursprünglichen Anlage (OEM) betrieben werden.

[0037] In Schritt 250 kann das Verfahren 200 bestimmen, ob sich ein Tuning der Gasturbine 110 empfiehlt. Im typischen Fall müssen an einem ein Kraftwerkstandort 100 für den Betrieb einer Gasturbine 110 die Grenzwerte für Emissionen, wie NOx und CO2, eingehalten werden. Beim Betrieb von Gasturbinen 110 wird häufig mit Emissions-Spannen (nachfolgend kurz "Spannen") gearbeitet. Die Spanne kann als die um die Emissionsgrenzen zulässige Abweichung angesehen werden.

   Beispielsweise kann eine Emissionsgrenze von 7 ppm NOx eine Spanne von +/-1.5 ppm haben. Wenn die zu einem Zeitpunkt festgestellten NOx Emissionen ausserhalb dieses Bereichs liegen, kann ein Brenn-Tuning erforderlich sein.

[0038] Ferner kann in Schritt 250 der in Schritt 220 vorausgesagte Emissionswert mit einer entsprechenden Emissionsgrenze und (sofern anwendbar) der Einhaltung einer Spanne verglichen werden. Wenn ein Tuning erforderlich ist, kann das Verfahren 200 zu Schritt 260 führen; andernfalls kehrt das Verfahren 200 wieder zum Schritt 210 zurück.

[0039] In Schritt 260 kann das Verfahren 200 ein Brenn-Tuning anfordern. Hierbei kann die Anforderung eine Nachricht sein, die das Betriebspersonal der Gasturbine 110 auf die mögliche Notwendigkeit eines Tunings hinweist.

   Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Nachricht einem Supportsystem zugeführt werden, wie beispielsweise einem ausgelagerten Dienst, welchen der Betreiber der Gasturbine 110 wie oben beschrieben damit beauftragt.

[0040] Fig. 3 zeigt ein Fliessbild eines Beispiels eines Verfahrens 300 zur Bestimmung meteorologischer Daten gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Schritt 310 kann das Verfahren 200 mehrere meteorologische Daten 150 aus mehreren Vorrichtungen empfangen, welche die Wetterbedingungen in der Umgebung der Gasturbine 110 bestimmen. Die meteorologischen Daten 150 können umfassen: die Umgebungstemperatur, den barometrischen Druck, die Luftfeuchtigkeit, sowie Kombinationen hiervon.

   Beispielsweise kann die Gasturbine 110 einen Feuchtigkeitssensor aufweisen, der die relative und/oder spezifische Luftfeuchtigkeit für das Verfahren 300 bestimmt.

[0041] In Schritt 325 kann beim Verfahren 300 bestimmt werden, ob zukünftige meteorologische Bedingungen vorausgesagt werden sollen. Wie beschrieben, können die Wetterbedingungen die Emissionswerte einer in Betrieb befindlichen Gasturbine 110 beeinflussen. Die Wetterbedingungen können bewirken, dass die Gasturbine 110 ausserhalb der zulässigen Emissionswerte arbeitet. Sie können aber auch, wie oben beschrieben, einen LBO-Zustand verursachen. Der Betreiber kann die Voraussage der anstehenden Wetterbedingungen zur Verwendung für die Bestimmung zukünftiger Emissionswerte der in Betrieb befindlichen Gasturbine 110 anfordern.

   Wenn ein Anwender die Voraussage der meteorologischen Bedingungen anfordert, kann das Verfahren 300 zu Schritt 330 fuhren; andernfalls geht das Verfahren 300 weiter zu Schritt 340.

[0042] In Schritt 330 kann das Verfahren 300 das meteorologische Voraussagemodell zur Bestimmung der zukünftigen Wetterbedingungen verwenden. Hierbei kann das Modell auf von Dritten betriebene Wetterdienst oder dergleichen zugreifen. Das Modell kann die Daten des Wetterdienstes zusammen mit den gemäss Schritt 310 aus mehreren Geräten empfangenen Daten interpolieren, um die Wetterbedingungen in der Umgebung der Gasturbine 110 vorauszusagen.

   Beispielsweise kann das Modell die vom nationalen Wetterdienst empfangenen Daten interpolieren, um die Wetterbedingungen in der Nähe der Gasturbine 110 vorauszusagen.

[0043] In Schritt 340 kann das Verfahren 300 die meteorologischen Daten wie beschrieben in den Schritt 230 des Verfahrens 200 übertragen. Hierbei können die meteorologischen Daten wie beschrieben entweder aus Schritt 310 oder Schritt 330 stammen.

[0044] In Fig. 4 ist ein Fliessbild dargestellt, das ein Beispiel eines Verfahrens 400 zur Bestimmung einer Emissionsvorgabe gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

[0045] Manche Kraftwerkstandorte 100 können berechtigt sein, einen Teil der zugelassenen erzeugten Emissionen in ein Handelssystem mit Emissionsguthaben oder dergleichen zu übertragen.

   Beispielsweise kann ein Kraftwerkstandort 100 mit Gasturbinen 110, die zwei unterschiedliche Verbrennungssystem haben, auf einen zulässigen Gesamtausstoss von 25 ppm NOx beschränkt sein. Hier ist der Betreiber des Kraftwerkstandortes 100 im typischen Fall berechtigt, das NOx Guthaben zwischen zwei Gasturbinen 110 aufzuteilen, sofern die insgesamt erzeugten Emissionen den Wert von 25 ppm nicht überschreiten. Gemäss einem anderen Beispiel für getrennte Kraftwerkstandorte 100 können Verträge oder andere Vereinbarungen bestehen, um mit Anteilen der Emissionsguthaben zu handeln oder diese zu verkaufen.

   Hierfür können die Betreiber von Kraftwerkstandorten 110 ein System zur Bestimmung der Emissionsguthaben der Gasturbine 110 wünschen.

[0046] In Schritt 410 kann das Verfahren 400 die gegenwärtig erzeugten und in den Schritten 220 und 240 von Fig. 2, wie oben beschrieben, bestimmten Emissionsdaten empfangen.

[0047] In Schritt 420 kann das Verfahren 400 die Daten von früheren Emissionen aus einem vorangegangenen Betrieb der Gasturbine 110 empfangen.

[0048] In Schritt 430 kann das Verfahren 400 ein Emissionsguthaben bestimmen. Hierzu kann das Verfahren 400 die Summe der gegenwärtigen Emissionsdaten und vorangegangener Emissionsdaten bestimmen und diese Summe dann mit einem Emissionsgrenzwert vergleichen. Der Emissionsgrenzwert kann die maximale Emissionsmenge für die spezielle Gasturbine 110 an dem Kraftwerkstandort 100 darstellen.

   Wenn ein Emissionsguthaben besteht, kann das Verfahren 400 zum Schritt 440 führen oder zum Schritt 410 zurückkehren.

[0049] In Schritt 440 kann das Verfahren 400 eine Nachricht über das Emissionsguthaben erzeugen. Die Nachricht kann dem Betriebspersonal des Kraftwerkstandortes 100 automatisch übermittelt werden. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Nachricht auch einem von dritter Seite betriebenen Handelssystem mit Emissionsguthaben zugeleitet werden, an dem der Kraftwerkstandort 100 teilnimmt.

[0050] Fig. 5 zeigt ein Stufendiagramm eines Systembeispiels 500 zur Voraussage der Emissionen einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Elemente der Verfahren 200, 300 und 400 können im System 500 vorliegen und von diesem durchgeführt werden.

   Das System 500 kann ein oder mehrere Anwender- oder Klienten-Kommunikations-Vorrichtungen 502 oder ähnliche Systeme oder Vorrichtungen umfassen, von denen in Fig. 5 zwei dargestellt sind. Jede der Kommunikationsvorrichtungen 502 kann beispielsweise ein Computersystem, ein PDA ("Personal Digital Assistant"), ein Mobiltelefon oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die zum Senden und Empfangen elektronischer Daten geeignet ist.

[0051] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann einen Systemspeicher 504 oder ein lokales Datensystem besitzen. Der Systemspeicher 504 kann z.B. ein ROM oder ein RAM enthalten. Das ROM kann ein BIOS (Basic Input/Output System) besitzen. Das BIOS kann Basisroutinen enthalten, welche der Informationsübertragung zwischen den Elementen oder Komponenten der Kommunikationsvorrichtung 502 ermöglichen.

   Der Systemspeicher 504 kann ein Betriebssystem 506 zur Gesamtsteuerung der Kommunikationsvorrichtung 502 besitzen. Der Systemspeicher 504 kann auch einen Browser 508 oder eine Web Browser besitzen. Der Systemspeicher 504 kann auch Datenstrukturen 510 oder ein Computerprogramm zur Emissionsvoraussage umfassen, das ähnlich aufgebaut ist wie die Verfahren 200, 300 und 400 in den Fig. 2, 3 bzw. 4, oder deren Elemente besitzt.

[0052] Der Systemspeicher 504 kann ferner einen Zwischenspeicher 512 besitzen, der in Verbindung mit den Verfahren 200, 300 und 400 gemäss den Darstellungen in den Fig. 2, 3 bzw. 4 verwendet werden kann.

[0053] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann auch einen Prozessor oder eine Prozessoreinheit 514 zur Steuerung des Betriebs der anderen Komponenten der Kommunikationsvorrichtung 502 umfassen.

   Das Betriebssystem 506, der Browser 508 und die Datenstrukturen 510 sind mit dem Prozessor 514 betriebsfähig. Der Prozessor 514 kann durch einen Systembus 516 mit dem Speichersystem 504 und anderen Komponenten der Kommunikationsvorrichtung 502 verbunden sein.

[0054] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann auch Vorrichtungen für Mehrfacheingabe (engl. "Input/Output"; I/O), sowie Ausgabevorrichtungen oder kombinierte Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtungen 518 umfassen. Jede Eingabe-Ausgabe-Vorrichtung 518 kann durch ein (in Fig. 5 nicht gezeigtes) Eingabe-/Ausgabe-Interface mit dem Systembus 516 verbunden sein.

   Die Eingabe- und Ausgabe-Vorrichtungen oder die kombinierten I/O-Vorrichtungen 518 gestatten es einem Benutzer, die Kommunikationsvorrichtung 502 zu betreiben und den Betrieb des Browsers 508 und der Datenstrukturen 510 zu steuern, um Zugang zur Emissionsvoraussage-Software zu haben, diese zu betreiben und zu steuern. Die I/O-Vorrichtungen 518 können eine Tastatur und einen Computer-Pointer oder dergleichen zur Durchführung der hier beschriebenen Vorgänge zu besitzen.

[0055] Die I/O-Vorrichtungen 518 können beispielsweise aber ohne Beschränkung Diskettenstationen, optische, mechanische, magnetische oder mit Infrarot arbeitende Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtungen, Modems oder dergleichen sein. Die I/O-Vorrichtungen 518 können als Zugang zu einem Medium 520 verwendet werden.

   Das Medium 520 kann für den Computer ausführbare Instruktionen oder andere Informationen zur Verwendung in oder in Verbindung mit einem System, wie den Kommunikations Vorrichtungen 502 enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren.

[0056] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann auch andere Vorrichtungen enthalten oder mit diesen verbunden sein, beispielsweise mit einer Anzeige oder einem Monitor 522. Der Monitor kann zur optischen Darstellung der Daten der Kommunikations Vorrichtung 502 dienen.

[0057] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann ferner eine Festplatte 524 enthalten, die durch ein (in Fig. 5 nicht dargestelltes) Interface mit dem Systembus 516 verbunden ist. Die Festplatte 524 kann auch Teil des lokalen Datensystems oder des Systemspeichers 504 bilden.

   Programme, Software und Daten können zum Betrieb der Kommunikationsvorrichtung 502 zwischen dem Systemspeicher 504 und der Festplatte 524 übertragen bzw. ausgetauscht werden.

[0058] Die Kommunikationsvorrichtung 502 kann über ein Netzwerk 528 mit einem entfernten Server 526 verbunden sein und Zugang zu anderen Servern oder Kommunikationsvorrichtungen gestatten, die der Kommunikationsvorrichtung 502 ähnlich sind. Der Systembus 516 kann durch ein Netz-Interface 530 mit dem Netz 528 verbunden sein. Das Netz-Interface 530 kann ein Modem, eine Ethernet-Karte, einen Router, ein Gateway oder eine ähnliche Verbindung mit dem Netz 528 sein. Die Verbindung kann eine Draht- oder Funkverbindung sein.

   Das Netz 528 kann das Internet, ein privates Netz, ein Intranet oder dergleichen sein.

[0059] Der Server 526 kann auch einen Systemspeicher 532 besitzen, der ein Datensystem, ein ROM, RAM oder dergleichen umfasst. Der Systemspeicher 532 kann ein Betriebssystem 534 ähnlich dem Betriebssystem 506 in Verbindung mit den Vorrichtungen 502 besitzen. Der Systemspeicher 532 kann auch Datenstrukturen 536 für die Emissionsvoraussage umfassen. Die Datenstrukturen 536 können Operationen ähnlich denen enthalten, wie sie in Bezug auf das Verfahren 200 zur Emissionsvoraussage beschrieben worden sind. Der Systemspeicher 532 des Servers kann anderen Dateien 538, Applikationen, Module und dergleichen enthalten.

[0060] Der Server 526 kann auch einen Prozessor 542 oder eine Prozessoreinheit zur Steuerung des Betriebs anderer Vorrichtungen im Server 526 umfassen.

   Der Server 526 kann auch eine I/O-Vorrichtung 544 enthalten, die ähnlich wie die I/O-Vorrichtungen 518 der Kommunikationsvorrichtungen 502 ausgebildet ist. Der Server 526 kann ausserdem andere Vorrichtungen 546, wie einen Monitor oder dergleichen zur Arbeit mit den I/O-Vorrichtungen 544 und dem Server 526 besitzen. Der Server 526 kann auch eine Festplatte 548 besitzen. Ein Systembus 550 kann die verschiedenen Komponenten des Servers 526 verbinden. Ein Netz-Interface 552 kann den Server 526 über den Systembus 550 mit dem Netz 528 verbinden.

[0061] Die Fliessdiagramme und Stufendiagramme in den Figuren erläutern die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Ausführungsformen von Systemen, Verfahren und Computerprogramm-Produkten gemäss den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

   Hierbei kann jeder Schritt im Fliessdiagramm oder in den Stufendiagrammen ein Modul, Segment oder Programmteil darstellen, welches ein oder mehrere ausführbare Instruktionen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktionen ist. Es ist zu bemerken, dass in einigen alternativen Implementationen die in einem Schritt angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge ablaufen können, als in den Figuren dargestellt. Beispielsweise können zwei in Folge dargestellte Schritte auch praktisch gleichzeitig durchgeführt werden, oder die Schritte können in umgekehrter Reihenfolge verlaufen, jeweils abhängig von der in Frage stehenden Funktionalität. Es ist auch zu bemerken, dass jeder Schritt der Stufendiagramme und/oder Fliessschemata bzw.

   Kombinationen von Schritten in den Stufendiagrammen und/oder Fliessschemata durch spezielle Datenverarbeitungssystem implementiert werden können, welche die angegebenen Funktionen oder Tätigkeiten durchführen bzw. Kombinationen spezieller Hardware mit den Computerinstruktionen.

[0062] Die hier zur Beschreibung spezieller Ausführungsformen verwendete Terminologie ist nicht als die Erfindung beschränkend zu interpretieren. Angaben in Einzahl oder Mehrzahl sind nicht verbindlich, sondern ergeben sich aus dem Zusammenhang.

   Ferner ist zu vermerken, dass die Ausdrücke "umfassend" und/oder "enthaltend" in der vorliegenden Beschreibung die Anwesenheit von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten bezeichnen, aber die Anwesenheit zusätzlicher oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen hiervon nicht ausschliessen.

[0063] Die Lehre der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den Ansprüchen unter Einbeziehung der Beschreibung und der Zeichnungen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bestimmung der Emissionen einer Gasturbine unter Verwendung meteorologischer Daten (150), umfassend: - die Vorgabe mindestens eines Emissionsvoraussagesystems (140), das mindestens einen erzeugten Emissionslevel mindestens einer Gasturbine (110) voraussagt; - den Empfang einer Mehrzahl von Betriebsdaten (130), entsprechend der mindestens einen Gasturbine (110, 210); - den Empfang einer Mehrzahl meteorologischer Daten (150,230); und - die Generierung einer Emissionsabgabe-Nachricht auf Basis der empfangenen meteorologischen Daten (150, 240), wobei die Nachricht den erzeugten Emissionslevel enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das zusätzlich umfasst: - die Bestimmung, ob eine Brenneinstellung der mindestens einen Gasturbine (110) auf Basis der den generierten Emissionslevel enthaltenden Nachricht (250) zweckmässig ist; und - die Erzeugung einer Anforderung an die Brenneinstellung, wenn die Verbrennungseinstellung der mindestens einen Gasturbine (110) zweckmässig ist (260).

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Empfangs der Mehrzahl meteorologischer Daten (150) ausserdem umfasst: - den Empfang mindestens eines meteorologischen Zustands (310); - die Bestimmung, ob mindestens ein weiterer meteorologische Zustand (325, 330) vorausgesagt werden soll; und - die Übermittlung der Mehrzahl meteorologischer Daten (150, 340).

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt der Bestimmung, ob der mindestens eine meteorologischer Zustand vorausgesagt werden soll, mindestens ein meteorologisches Voraussagemodell (330) umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Emissionsvoraussagesystem (140) ausserdem eine Emissionsvorgabemethode (400) umfasst, die aufweist: - den Empfang des erzeugten Emissionswertes (410); - die Bestimmung eines Emissionsguthabens (410, 420, 430); und - die Erzeugung einer Nachricht über das Emissionsguthaben (440).

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Bestimmung der Emissionsvorgabe den Empfang früherer Emissionsdaten (420) umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl der Betriebsdaten (130) mindestens eine der Folgenden umfasst: Daten der Brenndynamik; Emissionsdaten; Daten über die Position mindestens eines Steuerventils; Daten zur Temperatur des Kompressorausgangs; und Daten zum Druck des Kompressorausgangs.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei die Vorgabe des mindestens einen Emissionsvoraussagesystems (140) ausserdem den Einbezug des mit mindestens eines Überwachungs- und Diagnosesystems in das Emissionsvoraussagesystem (140) umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorgabe des mindestens einen Emissionsvoraussagesystems (140) ausserdem die Einbeziehung mindestens eines Emissionshandelssystems (400) in das Emissionsvoraussagesystem (140) umfasst.

10. System zur Bestimmung der Emissionen einer Gasturbine (110) unter Verwendung meteorologischer Daten (150), wobei das System umfasst: mindestens ein Emissionsvoraussagesystem (140); Mittel zum Empfang einer Mehrzahl von Betriebsdaten (130) entsprechend der mindestens einen Gasturbine (110); Mittel zum Empfang einer Mehrzahl meteorologischer Daten (150); und Mittel zur Erzeugung einer Nachricht über die Emissionsabgabe, basierend auf der Mehrzahl meteorologischer Daten (150).