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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Das der Erfindung zugrunde hegende Verfahren betrifft die Erzeugung von mechanischer und/oder elektrischer Energie durch an sich bekannte Dampfturbinenanlagen, wobei der einer Dampfturbine zuzuführende Dampf einerseits über durch fossile Brennstoffe betriebene Dampferzeuger und andererseits über Solarfelder bereitgestellt werden kann. Je nach Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie deren Randbedingung, sind auch Kombinationen der vorgenannten Dampferzeugungsvorrichtungen möglich.
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Das Prinzip der Erfindung wird nachfolgend weitgehend anhand der Funktionsweise einer mit einem Solarfeld zur Dampferzeugung in Wirkverbindung stehenden Dampfturbinenanlage beschrieben, wobei aber ausdrücklich zu berücksichtigen ist, dass das Erfindungsprinzip auch für mit fossilen Brennstoffen betriebene Dampferzeuger alleine sowie in Kombination mit über Solarfelder betriebenen Dampferzeuger anwendbar ist.
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In einem Solarfeld wird aus Solarenergie ein Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, verdampft und das verdampfte Arbeitsmedium einer Turbine zugeführt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass in dem Solarfeld nicht Wasser sondern ein Wärmeträger erwärmt wird und erst dadurch Wasser zu Dampf erhitzt wird. In der Turbine wird das dampfförmige Arbeitsmedium entspannt und hierbei gewonnene Energie zum Antreiben einer Arbeitsmaschine, beispielsweise ein Generator zur Stromerzeugung, der Anlage genutzt. Der in dem Solarfeld erzeugte Dampf des Arbeitsmediums, welcher der Turbine zugeführt wird, wird auch als Frischdampf bezeichnet.
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1 zeigt den aus der Praxis bekannten, grundsätzlichen Aufbau einer Anlage 100 zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie, die ein Solarfeld 1 zur Erzeugung von Frischdampf umfasst. In dem Solarfeld 1 erzeugter Frischdampf ist einer Turbine 2 zur Entspannung zuführbar, wobei die Turbine 2 eine Arbeitsmaschine 3 zur Erzeugung elektrischer und/oder mechanischer Energie antreibt. Ferner umfasst die Anlage 100 einen Kondensator 4, in welchem Abdampf aus der Turbine 2 kondensiert, wobei Kondensat über einen entsprechenden Kondensatsammelbehälter 5 vom Kondensator 4 abgeführt werden kann.
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Aus der Praxis bekannte Anlagen 100 verfügen weiterhin über eine Kühlwasserpumpe 6, über die zur Kondensation des Abdampfs aus der Turbine dem Kondensator 4 Kühlwasser zugeführt werden kann. Aus dem Kondensator 4 abgeleitetes Kühlwasser kann einem Kühlturm 7 zugeführt werden.
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Ferner ist es aus der Praxis bekannt, dass die Anlage 100 ein sogenanntes Dachventil 8 aufweist, über welches in dem Solarfeld 1 erzeugter Frischdampf in die Umgebung abgeleitet werden kann.
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Ferner verfügen aus der Praxis bekannte Anlagen 100 über ein Bypassventil 9. welches in einem Bypass 10 positioniert ist, um in dem Solarfeld 1 erzeugten Frischdampf unter Umgehung der Turbine 2 dem Kondensator 4 zuzuführen.
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Ferner zeigt 1 einen Dampfstrahler 11 und eine Ringwasserpumpe 12, mit Hilfe derer der Kondensator 4 evakuiert werden kann. Darüber hinaus zeigt 1 ein Vakuumbrechventil 13, über welches zur Aufhebung des Vakuums im Kondensator 4 Luft in den Kondensator 4 eingeleitet werden kann.
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Um zum Beispiel bei einem Übergang von einem Nachtbetrieb in einen Tagbetrieb der Anlage 100 dieselbe anzufahren, wird nach der Praxis so vorgegangen, dass zunächst beim Anfahren der Anlage 100 im Solarfeld 1 erzeugter Frischdampf bei geschlossenem Bypassventil 9 und bei geöffnetem Dachventil 8 vollständig in die Umgebung abgeleitet wird, nämlich so lange, bis der erzeugte Frischdampf Sperrdampfbedingungen aufweist. Erst dann wird bei geschlossenem Dachventil 8 und bei geschlossenem Bypassventil 9 der Frischdampf als Sperrdampf der Turbine 2 zugeführt, um Labyrinthdichtungen der Turbine 2 mit dem Sperrdampf zur Abdichtung der Turbine 2 zu beaufschlagen. Anschließend hieran wird dann der Kondensator 4 mittels der Kühlwasserpumpe 6, des Dampfstrahlers 11 und/oder der Ringwasserpumpe 12 evakuiert. Durch dieses sequentielle Anfahren der Anlage 100 wird zum Anfahren eine relativ lange Zeitspanne benötigt. So beträgt die Zeitspanne, die vergeht, bis der Frischdampf Sperrdampfbedingungen aufweist, in etwa 60 Minuten. Zum Abdichten der Turbine 2 mit Hilfe des Sperrdampfs werden in etwa 5 Minuten benötigt. Das anschließende Evakuieren des Kondensators 4 dauert in etwa 30 Minuten, so dass nach der Praxis zum Anfahren in Summe in etwa 95 Minuten benötigt werden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird beim Anfahren der Anlage zunächst bei geöffnetem Vakuumbrechventil der erzeugte Frischdampf über ein geöffneten Bypass dem Kondensator zur Inertgasentfernung zugeführt, wobei anschließend, wenn Frischdampf Sperrdampfbedingen aufweist, bei geschlossenem Bypass der Frischdampf der Turbine zugeführt und der Kondensator bei geschlossenem Vakuumbrechventil weiter evakuiert wird.
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Mit der Erfindung ist es möglich, die zum Anfahren der Anlage benötigte Zeit gegenüber der Praxis deutlich zu reduzieren. So wird das Evakuieren des Kondensators zumindest teilweise zeitlich in der Zeitspanne durchgeführt, die benötigt wird, bis der Frischdampf Sperrdampfbedingungen aufweist. Die einzelnen Schritte zum Anfahren der Anlage werden demnach nicht zeitlich sequentiell strikt nacheinander durchgeführt, sondern zumindest teilweise zeitlich parallelisiert. Dadurch verringert sich die zum Anfahren der Anlage benötigte Zeit.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Inertgasentfernung bei geöffnetem Vakuumbrechventil in dem Solarfeld erzeugter Frischdampf dem Kondensator mit einem definierten Überdruck zugeführt, wobei dieser Überdruck vorzugsweise maximal 300 mbar beträgt und vorzugsweise mit Hilfe des Vakuumbrechventils und/oder eines Bypassventils geregelt eingestellt wird. Der maximale Überdruck ist durch die Konstruktion des Kondensators begrenzt und kann auch höher als 300 Millibar sein. Durch den Überdruck des Frischdampfs wird ein Großteil der sich im Kondensator 4 angesammelten Inertgase bereits aus dem Kondensator 4 entfernt, bevor der Frischdampf Sperrdampfbedingungen aufweist. Diese Inertgasentfernung erfolgt dabei bei einem definierten Überdruck, der mit Hilfe des Vakuumbrechventils und/oder des Bypassventils geregelt eingestellt wird.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur weiteren Evakuierung des Kondensators mindestens eine Kühlwasserpumpe aktiviert, wobei die Evakuierung des Kondensators mit Hilfe eines Dampfstrahlers und/oder einer Wasserringpumpe unterstützt wird. Die oder jede Kühlwasserpumpe wird demnach erst dann aktiviert, wenn Inertgase aus dem Kondensator bereits größtenteils entfernt sind. Die weitere Evakuierung kann dadurch bei einer deutlich kürzeren Zeitspanne erfolgen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Regler für die eingangs beschriebene Anlage mit Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1: ein Schema einer Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben, nämlich zum Anfahren, der Anlage.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie, nämlich zum schnellen Anfahren einer solchen Anlage zum Beispiel beim Übergang von einem Nachtbetrieb in einen Tagbetrieb derselben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das bereits beschriebene Blockschaltbild der in 1 gezeigten Anlage beschrieben.
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Zum Anfahren der Anlage 100 wird dann, wenn beim Anfahren derselben im Solarfeld 1 Frischdampf erzeugt wird, der noch keine Sperrdampfbedingungen aufweist, zunächst bei geöffnetem Vakuumbrechventil 13 des Kondensators 4 im Solarfeld 1 erzeugter Frischdampf über den geöffneten Bypass 10, also bei geöffnetem Bypassventil 9, dem Kondensator 4 zur Inertgasentfernung aus dem Kondensator 4 zugeführt, wobei dieser Frischdampf über die sich zwischen der Turbine 2 und dem Kondensator 4 erstreckende Abdampfleitung auch in den Bereich der Turbine 2 gelangen kann. Zeitgleich zum Erzeugen von Frischdampf, der noch keine Sperrdampfbedingungen aufweist, erfolgt demnach ein zumindest teilweises Evakuieren des Kondensators 4, indem Inertgas aus dem Kondensator 4 über das geöffnete Vakuumbrechventil 13 größtenteils aus dem Kondensator 4 entfernt werden.
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Diese Inertgasentfernung bei geöffnetem Vakuumbrechventil 13 über den im Solarfeld 1 erzeugten Frischdampf erfolgt bei einem definierten Überdruck von maximal 300 mbar, wobei dieser Überdruck mit Hilfe des Vakuumbrechventils 13 und/oder des Bypassventils 9 geregelt eingestellt wird. Das Vakuumbrechventil 13 und/oder das Bypassventil 19 werden dabei derart geöffnet, dass sich dieser maximale Überdruck im Kondensator 4 einstellt.
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Dann, wenn anschließend der im Solarfeld 1 erzeugte Frischdampf Sperrdampfbedingungen aufweist, wird bei geschlossenem Bypassventil 9 der Frischdampf der Turbine 2 zugeführt, um so Labyrinthdichtungen der Turbine 2 mit dem Sperrdampf zu beaufschlagen, wobei weiterhin das Vakuumbrechventil 13 geschlossen wird und bei geschlossenem Vakuumbrechventil 13 der Kondensator 4 weiter evakuiert wird. Zum weiteren Evakuieren wird mindestens eine Wasserpumpe 6 aktiviert, über die einem nicht gezeigten Wärmetauscher des Kondenstors 4 Kühlwasser zugeführt werden kann. Vom Kondensator 4 abströmendes Kühlwasser ist dem Kühlturm 7 zuführbar.
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Die weitere Evakuierung des Kondensators 4, die mit der oder jeder Kühlwasserpumpe 6 durchgeführt wird, wird mit Hilfe des Dampfstrahlers 11 und/oder der Wasserringpumpe 12 im Bedarfsfall unterstützt.
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Mit Hilfe der Erfindung kann demnach die Anfahrzeit für eine Anlage 100 deutlich verkürzt werden. Das Anfahren des Solarfelds 1 und das Entfernen von Inertgasen aus dem Kondensator 4 erfolgt über weite Strecken zeitlich parallel. Die Zeit, die bis zum Anfahren der Turbine 2 verstreicht, verkürzt sich, da bereits zu Beginn Inertgase im Kondensator 4 größtenteils entfernt werden, und daher die eigentliche Evakuierung mit Hilfe der oder jeder Kühlwasserpumpe 6, des Dampfstrahlers 11 und/oder der Wasserringpumpe 12 eine kürzere Zeitspanne beansprucht. Daher kann der Kondensator 4 früher angefahren werden. Letztendlich kann hierdurch auch die Turbine 2 früher in Betrieb gehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht demnach vor, dass sobald Überdruck am Austritt des Solarfelds 1 ansteht, der Kondensator 4 über den Bypass 10 mit Frischdampf beaufschlagt wird, um Inertgase aus dem Kondensator 4 über das geöffnete Vakuumbrechventil 13 auszutreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solarfeld (Dampferzeuger)
- 2
- Turbine
- 3
- Generator als Arbeitsmaschine
- 4
- Kondensator
- 5
- Kondensatsammelbehälter
- 6
- Kühlwasserpumpe
- 7
- Kühlturm
- 8
- Dachventil
- 9
- Bypassventil
- 10
- Bypass
- 11
- Dampfstrahler
- 12
- Wasserringpumpe
- 13
- Vakuumbrechventil
- 100
- Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie
