CN102257247B - 用于稳定电力网的网络频率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于稳定电力网（NT）的网络频率（f）的方法，在该电力网中至少双轴的燃气涡轮机（GT）具有动力涡轮机（PT）和燃气发生器（GG），其中动力涡轮机（PT）借助轴（S1）以传输转矩的方式与第一发电机（GE1）相连接。除此之外，本发明涉及一种用于执行本方法的装置。用于频率稳定的常规方法伴有高的投资花费和效率损失。本发明为了补救提出，动力涡轮机（PT）和第一发电机（GE1）的第一轴（S1）永久地与电力网（NT）同步旋转，并且第一发电机（GE1）驱动作为电动机的旋转，并且燃气发生器（GG）的第二轴（S2）永久地以点火转速（fI）旋转，其中在有功率要求时将燃气发生器（GG）点火并且由燃气发生器（GG）所产生的热燃气（GS）驱动动力涡轮机（PT），使得第一发电机（GE1）产生电流（P）。

Description

用于稳定电力网的网络频率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于稳定电力网的网络频率的方法,在该电力网中至少双轴的燃气涡轮机具有动力涡轮机和燃气发生器，其中借助第一轴将动力涡轮机以传输转矩的方式与第一发电机相连接。除此之外，一种用于执行本方法的装置是本发明的对象。

背景技术

为了在联合网络内进行频率支持，对于所有发电站运营商都存在提供可以在预定时间内调用的特定功率储备的义务，在此原则上区分初级调节和次级调节。附加的功率输出用于将由于未覆盖的功率需求（网络中的电力需求大于供应）而低于额定值的频率重新还原到额定值上。

在此，要求从一个电网到另一个电网发生变化。按照UCTE（Union for the coordination of transmission of electricity，电力输送协调联盟）规则，在30秒内要求例如2%的附加功率输出（初级调节，一般称为10至30秒范围内的初级调节，或一般称为秒范围内的频率调节）。在此，用已经位于网络上的能量生产设备内的不同措施来提供该功率储备，这些措施导致能量生产设备的性能的恶化并导致反映在成本中的提高了的技术花费。

除此之外也还存在与网络有关的规则，所述规则用于提供在大于30秒直至30分钟范围内的附加的功率（次级调节，或一般地分钟范围内的频率调节），该附加的功率除了已经位于网络处的设备之外，例如还可以由处于待机的尖峰负荷设备来提供。

在蒸汽发电站（DKW）的情况下，利用当今的现有技术、尤其是通过涡轮机阀门的节流——即将能量存储在锅炉中——来实现秒范围内的储备预留，使得在需要时简单地通过进一步打开涡轮机阀门就可以提供秒范围内的附加功率。同时也提高燃烧功率，以便通过取消节流而短时提高的功率也可以持续地提供。

但是阀门的节流具有副效应，即在正常运行中总是负面地影响设备效率和绝对功率。因为提高的燃烧功率必须是可能的，所以这也导致锅炉与其辅助设备和附属设备的过大尺寸，并导致恶化的成本平衡。

短时提供所要求的功率储备的另一目前使用的可能性（常常与涡轮机阀门节流相组合）是所谓的冷凝液积聚。在此，降低通向低压预热器的分接蒸汽（必要时直至0 kg/s）。该蒸汽质量流相应地提供用于蒸汽涡轮机组中的发电。由此在冷凝器中积累的提高的冷凝液量首先被暂存在所谓的Hotwell（热井）中，并且在已相应地提高锅炉的燃烧功率之后，热井水平被重新还原到正常度量上。同时必要时也降低由冷凝液泵所输送的冷凝液量，以便尽管分接蒸汽被降低也仍然维持冷凝液温度。为了可以在总体上确保这点，必须相应较大地确定燃烧的锅炉及其辅助设备和附属设备的尺寸（即附加的成本）。与此相对应地，在正常运行中在部分负荷范围中来运行设备，这导致相应的效率损失。

发明内容

从现有技术的问题和缺点出发，本发明的任务在于如此改进开始时所述方式的方法，使得对网络频率的稳定一方面特别有效地实现并且另一方面是成本有利的。

为了解决本发明的任务提出，动力涡轮机和第一发电机的第一轴永久地与电力网同步旋转，并且发电机驱动作为电动机的旋转，并且燃气发生器的第二轴永久地以点火转速旋转，其中在有负荷要求时将燃气对发生器点火并且由燃气发生器所产生的燃气来驱动动力涡轮机,使得发电机产生电流。

这里将燃气涡轮机的可用于产生可利用的技术功、尤其是用于产生电流的涡轮机部分称作为动力涡轮机。在此，涉及不被用于驱动燃气涡轮机的压缩机的涡轮机部分。

本发明的决定性优点在于，为了达到快速起动能力所需要的自身需求——一方面用于双轴燃气涡轮机，由于将燃气发生器维持在点火转速上的启动电动机，并且另一方面发电机以与网络频率同步的电动机模式运行——基本上小于例如在蒸汽发电站中由于取消或降低可能的涡轮机阀门节流而相同的初级能量使用时附加地获得的功率。还通过如下方式得出成本节省：在发电站中，可以相应较小地确定锅炉及其辅助设备和附属设备的尺寸，因为不必在燃烧的锅炉中输入附加需要的热量，例如通过冷凝液积聚得出该需求，这导致成本节省和功率改善。以此方式例如可以在正常运行中更经济地运行蒸汽发电站。

如果一种方法在后续装备的范围内在运行方式方面使已有设备具有灵活性，从而也可以对于变化的市场迅速做出反应，则产生特别的优点。根据本发明的方法能够实现整体上作为“Booster（升压器）”的燃气涡轮机的安装，该升压器可以比较成本有利地覆盖尖峰负荷需求，而不负面影响储备功率。根据本发明方法的升压器功能也可以有利地平行于例如蒸汽发电站的常规储备机制来使用，使得例如除了借助转换来提供功率储备的涡轮机阀门节流之外也可以根据本发明提供功率储备。

本发明的一种有利的改进方案规定，将燃气涡轮机和第一发电机分配给具有中央控制装置的蒸汽发电站，该中央控制装置控制燃气涡轮机和蒸汽发电站，该中央控制装置在对于蒸汽发电站有位于特定界限之上的功率要求时促使燃气发生器点火。本发明是特别有利的，因为可以节省或可以代替蒸汽发电站的例如通常成本昂贵的储备提供机制。

燃气发生器适宜地具有至少一个压缩机、燃烧室和起动电动机，它们借助第二轴以至少传输转矩的方式连接。该配置对应于双轴燃气涡轮机的常规燃气发生器侧的配置，并且是市面上可获得的。

此外适宜的是，蒸汽发电站具有至少一个蒸汽涡轮机、锅炉、冷凝器和第二发电机，其中废气流从燃气涡轮机被引导到余热锅炉中，在该余热锅炉中对蒸汽发电站的循环介质在进入锅炉之前进行预热。通过这种方式，不仅从动力涡轮机中借助第一发电机的电功率支持网络频率，而且也附加地减轻蒸汽发电站的锅炉的燃烧，使得在尖峰负荷的情况下也得出改善的效率。

由于在较大蒸汽发电站中对能量的自身需求始终是显著的，所以为了简化由根据本发明的燃气涡轮机和蒸汽发电站组成的整个装置的调节，可将第一发电机的功率输出至少部分或完全地用于部分或完全地覆盖蒸汽发电站的自身需求。

在燃气涡轮机和余热锅炉之间使用燃气分向器是特别有意义的，该燃气分向器将废气流要么引导通过余热锅炉要么引导到汇入环境中的旁路中。通过这种方式可以首先在最大程度上与蒸汽发电站的蒸汽循环无关地启动燃气发生器或燃气涡轮机，并且随后借助燃气分向器来激活余热锅炉与其对蒸汽发电站的热力学的干预。这导致对在尖峰负荷时的支持的附加加速。

为了提高的效率适宜的是，在没有燃气涡轮机支持的运行中在冷凝器的流体下行方向上在至少一个预热器中加热蒸汽发电站的循环介质，所述预热器借助从蒸汽涡轮机的分接被加热，其中借助分接管路将分接量从蒸汽涡轮机向预热器引导。

此外有意义的是，在具有燃汽涡轮机支持的运行中在冷凝器的流体下行方向上在余热锅炉预热器中加热循环介质，所述余热锅炉预热器利用来自燃气涡轮机的废气流被加热。在此关联中有意义的是，调节阀布置在分接管路中和布置在余热锅炉预热器管路中，借助调节阀在燃气涡轮机支持增加时降低来自燃气涡轮机的分接量和提高余热锅炉预热器量。对于蒸汽发电站的循环的热力学于预除了减轻蒸汽发电站锅炉的负荷之外，也附加地具有蒸汽涡轮机的更高的功率输出的结果，使得根据本发明的方法首先提供了来自借助第一发电机所产生的能量的快速的、纯电气的支持，并且随后附加地在热力学方面支持蒸汽发电站，使得一方面整个装置的效率升高并且另一方面实现了总功率的附加升高。

为了以上述方式通过燃汽涡轮机进行尽可能快速而且热力学地支持，适宜的是，在没有燃气涡轮机支持的运行期间，将余热锅炉维持在最低温度上，使得可以借助燃气分向器将废气流尽可能时间上接近燃气发生器的点火地引导通过余热锅炉以用于对蒸汽发电站的循环介质进行预热。

附图说明

以下根据特定实施例参照用于说明的附图来详细描述本发明。对于专业人员，从这些实施方案中得出实施本发明的附加可能性，这些可能性可能偏离该特定实施例。

图1示出关于按照本发明方法不同设备部件的互连和作用方式的示意性概况图。

具体实施方式

该图示出关于如下设备的示意性概况图：该设备具有蒸汽发电站DKW和带有第一发电机GE1的燃气涡轮机GT，该设备按照根据本发明的方法运行。第一发电机GE1同样像第二发电机GE2那样连接到具有交流电的网络频率f的电力网NT上，并且分别以对应于网络频率f的转速旋转。

燃气涡轮机GT包括两个轴S1，S2，其中第一轴S1将第一发电机GE1与动力涡轮机PT以传输转矩的方式相连接，并且第二轴S2将起动电动机SM与驱动涡轮机DT和压缩机CO以传输转矩的方式相连接。起动电动机SM、压缩机CO和驱动涡轮机DT共同与燃烧室CB一起形成燃气发生器GG，该燃气发生器GG在需求情况下产生用于驱动第一发电机GE1的热燃气GS。为了在可能突然的功率要求时稳定网络频率f，起动燃气发生器GG，并且借助热燃气GS驱动动力涡轮机PT，使得第一发电机GE1可以将所产生的电功率P1馈送到电网NT中。为了可以尽可能顺利地实现燃气发生器GG的起动，起动电动机SM永久地在点火转速fI的情况下转动第二轴S2，使得在由中央控制装置CU所促使的燃烧室CB的点火之后，燃气发生器GE在最短时间内产生需要的热燃气GS。在该实施例中，按照本发明方法运行的燃气涡轮机GT合并到蒸汽发电站DKW上，并且由燃气涡轮机GT或第一发电机GE1所产生的功率P1部分地用于完全覆盖蒸汽发电站DKW和燃气涡轮机GT的自身需求。所产生的功率P1的过剩量被馈入到网络NT中。中央控制装置CU既控制燃气涡轮机GT或第一发电机GE1的过程，也控制整个蒸汽发电站DKW的过程。

除了在蒸汽发电站DKW和根据本发明方法所运行的燃气涡轮机GT或第一发电机GE1之间的调节技术的和电气的耦合之外，该实施例在需求情况下或在具有燃气涡轮机支持的运行中，也设置了在蒸汽发电站DKW的循环和燃气涡轮机GT之间的热力学的耦合。

蒸汽发电站DKW具有在循环介质CF的循环方向上列举的以下部件：蒸汽涡轮机ST、冷凝器CON、冷凝液泵CP、第一预热器PH1、第二预热器PH2、馈送泵FP、第三预热器PH3、第二锅炉BO2。第二发电机GE2以传输转矩的方式耦合到蒸汽涡轮机ST上，并与网络频率f同步。在不同温度和不同压力的三个不同位置处，借助分接管路LET1，LET2，LET3对蒸汽涡轮机ST进行分接，通过所述分接管路LET1，LET2，LET3分别引导循环介质的分接量CF1，CF2，CF3。按照分接量CF1，CF2，CF3的温度及其相应的分接压力，这些分接量CF1，CF2，CF3划分到三个预热器PH1，PH2，PH3上，使得第一预热器PH1获得用于加热的最低温度和最低压力的分接量CF1，并且第三预热器PH3获得具有最高温度的分接量CF3。

在具有通过燃气涡轮机GT的热力学支持的运行中，至少部分地借助余热锅炉预热器PHEX1，PHEX2支持预热器PH1，PH2，PH3，余热锅炉预热器管路LPHEX1，LPHEX2将循环介质CF的余热锅炉预热量CFPHEX1，CFPHEX2向这些余热锅炉预热器PHEX1，PHEX2引导。在预热器管路LET1至LET3中和在余热锅炉预热器管路LPHEX1，LPHEX2中，分别设置有预热器管路阀门VLET1，VLET2，VLET3或余热锅炉预热器管路阀门VLPHEX1，VLPHEX2。借助这些阀门可以降低来自循环介质CF的蒸汽涡轮机ST的分接量并且提高余热锅炉预热器量CFPHEX1或CFPHEX2，使得在余热锅炉BO2中的废气流EX承担循环介质的预热。

来自燃气发生器GG或动力涡轮机PT的废气EX首先到达燃气分向器DD，该燃气分向器DD将废气流EX要么经过旁路BY引导到环境EV中，要么引导到余热锅炉BO2中。余热锅炉BO2在废气EX冷却之后同样汇入到环境EV中。对于不经过余热锅炉引导废气流的情况，由此关闭的调节阀WV降低了可能的热损失（待机运行）。

余热锅炉BO2在运行期间维持在最低起动温度之上，使得可以实现余热锅炉BO2到蒸汽发电站的循环上的快速的热力学耦合。为此，在没有燃气涡轮机支持的运行中，循环介质CF的一部分经过余热锅炉预热器管路LPHEX1，LPHEX2被引导通过余热锅炉BO2。

Claims (12)

1.用于稳定电力网（NT）的网络频率（f）的方法，在该电力网中至少双轴的燃气涡轮机（GT）具有动力涡轮机（PT）和燃气发生器（GG），其中动力涡轮机（PT）借助轴（S1）以传输转矩的方式与第一发电机（GE1）相连接，

其特征在于，

动力涡轮机（PT）和第一发电机（GE1）的第一轴（S1）永久地与电力网（NT）同步地旋转，并且第一发电机（GE1）驱动作为电动机的动力涡轮机（PT），并且

燃气发生器（GG）的第二轴（S2）永久地以点火转速（fI）旋转，

其中在有功率要求时将燃气发生器（GG）点火，并且由燃气发生器（GG）所产生的热燃气（GS）来驱动动力涡轮机（PT），使得第一发电机（GE1）产生电流（P）。

2.按照权利要求1的方法，

其中将燃气涡轮机（GT）和第一发电机（GE1）被分配给蒸汽发电站（DKW），该蒸汽发电站（DKW）具有控制燃气涡轮机（GT）和蒸汽发电站（DKW）的中央控制装置（CU），并且该控制装置（CU）在对于蒸汽发电站（DKW）有位于特定界限（L1）之上的功率要求时促使燃气发生器（GG）的点火。

3.按照以上权利要求1或2之一的方法，其中燃气发生器（GG）具有至少一个压缩机（CO）、燃烧室（CB）和起动电动机（SM），它们借助第二轴（S2）彼此以传输转矩的方式连接。

4.按照权利要求2的方法，其中蒸汽发电站（DKW）具有至少一个蒸汽涡轮机（ST）、第一锅炉（BO1）、冷凝器（CON）和第二发电机（GE2），并且来自燃气涡轮机（GT）的废气流（EX）被引导到余热锅炉（BO2）中，在该余热锅炉（BO2）中借助废气流（EX）对蒸汽发电站（DKW）的循环介质（CF）在进入第一锅炉（BO1）之前进行预热。

5.按照权利要求2或4的方法，

其中第一发电机（GE1）的功率输出被部分或完全地用于部分或完全地覆盖蒸汽发电站（DKW）的自身需求。

6.按照权利要求4的方法，其中燃气分向器（DD）被布置在燃气涡轮机（GT）和余热锅炉（BO2）之间，该燃气分向器（DD）将废气流（EX）要么引导通过余热锅炉（BO2），要么引导到汇入环境（EV）中的旁路（BY）中。

7.按照权利要求4的方法，

其中循环介质（CF）在没有燃气涡轮机支持的运行中在冷凝器（CON）的流体下行方向上在至少一个预热器（PH1，PH2，PH3）中被加热，所述预热器（PH1，PH2，PH3）借助于从蒸汽涡轮机（ST）的分接被加热，其中借助分接管路（LET1，LET2，LET3）将分接量（CF1，CF2，CF3）从蒸汽涡轮机（ST）向预热器（PH1，PH2，PH3）引导。

8.按照权利要求4的方法，

其中循环介质（CF）在具有燃气涡轮机支持的运行中在冷凝器（CON）的流体下行方向上在余热锅炉预热器（PHEX1，PHEX2）中被加热，所述余热锅炉预热器（PHEX1，PHEX2）利用废气流（EX）被加热。

9.按照权利要求7的方法，

其中循环介质（CF）在具有燃气涡轮机支持的运行中在冷凝器（CON）的流体下行方向上在余热锅炉预热器（PHEX1，PHEX2）中被加热，所述余热锅炉预热器（PHEX1，PHEX2）利用废气流（EX）被加热。

10.按照权利要求9的方法，

其中在分接管路（LET1，LET2，LET3）中布置有调节阀（VLET1，VLET2，VLET3）并且在余热锅炉预热器管路（LPHEX1，LPHEX2）中布置有调节阀（VLPHEX1，VLPHEX2），其中借助调节阀（VLET1，VLET2，VLET3）在燃气涡轮机支持增加的情况下降低分接量（CF1，CF2，CF3）并且借助调节阀（VLPHEX1，VLPHEX2）提高余热锅炉预热器量（CFPHEX1，CFPHEX2）。

11.按照以上权利要求4、6至9中的一个的方法，

其中在没有燃气涡轮机支持的运行期间，将余热锅炉（BO2）维持在最低温度上。

12.用于执行按照权利要求1至11之一的方法的装置。