DE102012213976A1

DE102012213976A1 - Externer Dampfspeicher zur Beteiligung einer Dampfturbine an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen

Info

Publication number: DE102012213976A1
Application number: DE201210213976
Authority: DE
Inventors: Matthias Buggert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beteiligung einer Dampfturbine (2) einer Kraftwerksanlage (1) an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen, wobei mindestens ein Teil eines Dampfmassenstroms aus einem in den Wasser-Dampf-Kreislauf (4) der Dampfturbine (2) geschalteten Kessel (6) in einen externen Speicher (10) ausgekoppelt wird und bei Bedarf Dampf aus dem externen Speicher (10) entnommen und dem Dampfturbinenprozess zugeführt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftwerksanlage (1) mit einem Kessel (6), dessen Heizflächen in einen Wasser-Dampf-Kreislauf (4) einer Dampfturbine (2) geschaltet sind, wobei der Kessel (6) dampfseitig mit einem externen Speicher (10) absperrbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beteiligung der Dampfturbine einer Kraftwerksanlage an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftwerksanlage.
Moderne Kraftwerke müssen immer höhere Anforderungen an Flexibilität bezüglich Leistungsrampen und Bereitstellung von Netzdienstleistungen z.B. Bereitstellung von Primär- und Sekundärregelreserven erfüllen.
Aktuell werden Leistungsrampen sowie die Bereitstellung von Netzdienstleistungen beispielsweise in Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch das Verfahren der Gasturbine (Leistungserhöhung oder- reduzierung) und in Dampfkraftwerken durch Verfahren der Feuerung zur Verfügung gestellt. Ggf. kann die Dampfturbine an der Bereitstellung der Netzdienstleistungen beteiligt werden, indem sie mit angedrosselten Turbinenregelventilen betrieben wird, wie in den Schriften EP 1 301 690 und US 6,609,361 B2 offenbart. Dabei wird die Dampfturbine im modifizierten Gleitdruck betrieben und es wird ein Kesselspeicher aufgebaut, der zur Bereitstellung der Primärregelung genutzt werden kann. Dieser Kesselspeicher dient dann zur Überbrückung der Zeit, bis die Gasturbine bzw. die Feuerung so weit nachgefahren sind, dass der erzeugte Dampfmassenstrom wieder zur aktuellen Leistung passt.
Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage könnte alternativ dazu auch eine Zusatzfeuerung verwendet werden, um den Kesselspeicher aufzufüllen bzw. zu reduzieren bis der erzeugte Dampfmassenstrom wieder zur aktuellen Leistung passt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren für die Bereitstellung von Netzdienstleistungen und Leistungsrampen sowie eine entsprechende Kraftwerksanlage bereit zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Im erfinderischen Verfahren zur Beteiligung der Dampfturbine einer Kraftwerksanlage an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen, wird mindestens ein Teil eines Dampfmassenstroms aus einem in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschalteten Kessel in einen externen Speicher ausgekoppelt und bei Bedarf Dampf aus dem externen Speicher entnommen und dem Dampfturbinenprozess zugeführt.
Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, nicht benötigten oder im Überschuss produzierten Dampf auszuspeichern und diesen bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn zu einem Zeitpunkt in den externen Speicher ausgekoppelt wird, an dem die Kraftwerksanlage in Teillast betrieben wird oder werden soll. Beispielsweise kann bei einer Leistungsreduzierung Dampf in den externen Speicher eingespeichert werden, so dass die die Gesamtanlagenleistung schneller reduziert wird.
Alternativ kann es zweckmäßig sein, Dampf in den externen Speicher auszukoppeln, wenn beispielsweise zur Primärregelung eine schnelle Leistungsreduzierung erforderlich ist, so dass in einem solchen Fall der Anforderung von Minderleistung (schließen der Dampfturbinenregelventile) der Kesselspeicher entladen werden kann.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, den Kessel zu überfeuern, um den externen Speicher aufzuladen.
Die eingespeicherte Energie kann auf vorteilhafte Weise zur Bereitstellung von Netzdienstleistungen verwendet werden, beispielsweise, indem bei Anforderung von Mehrleistung zur Primärregelung Dampf aus dem externen Speicher entnommen und der Kesselspeicher nach Reaktion der Dampfturbinenregelventile mit diesem Dampf aufgefüllt wird, wobei die Dampfturbine zweckmäßiger Weise im modifizierten Gleitdruck betrieben wird.
Zum Fahren von Leistungsrampen ist es vorteilhaft, wenn bei Entnahme des Dampfes aus dem externen Speicher die Dampfturbine im natürlichen Gleitdruck betrieben wird und der Kessel mit diesem Dampf aufgefüllt wird.
Bei Sekundärregelung und Leistungsrampen kann es auch vorteilhaft sein, wenn Energie in Form von Dampf aus dem externen Speicher entnommen wird und dieser Dampf der Dampfturbine zugeführt wird. Hierdurch können größere Leistungsänderungsgradienten realisiert werden, da sich die Leistung bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage nunmehr aus den Anteilen der Leistung der Gasturbine, der Leistung der Dampfturbine aufgrund der direkten Gasturbinenabwärme sowie der Leistung der Dampfturbine aus dem externen Speicher zusammensetzt. Entsprechendes gilt bei Dampfkraftwerken aufgrund der Kesselfeuerung.
Bezüglich der Kraftwerksanlage wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8, wonach die Kraftwerksanlage einen Kessel aufweist, dessen Heizflächen in einen Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet sind, wobei der Kessel dampfseitig mit einem externen Dampfspeicher absperrbar verbunden ist.
Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn der externe Speicher direkt und unter Umgehung des Kessels mit der Dampfturbine absperrbar verbunden ist, so dass bei Bedarf eine möglichst schnelle Einleitung großer Dampfmengen in die Dampfturbine möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Kraftwerksanlage als Gas- und Dampfturbinenanlage ausgeführt, d.h. die Kraftwerksanlage umfasst eine Gasturbine, die abgasseitig dem Kessel vorgeschaltet ist.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kessel ein befeuerter Kessel, wobei die Befeuerung eine Zusatzfeuerung in einem Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage oder eine Feuerung in einem reinen Dampfturbinenkraftwerk sein kann.
Vorteilhafter Weise ist der externe Speicher ein Untergrundspeicher, also ein Speicher in natürlichen oder künstlichen Hohlräumen unter der Erdoberfläche, beispielsweise ein ehemaliges Bergwerk, da hier eine sichere und kostengünstige, da behälterlose Bevorratung großer Dampfmengen möglich ist.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der externe Speicher ein thermischer Speicher mit einer Salzschmelze. In diesem Fall wird der vom Kessel ausgekoppelte Dampf durch den Salzspeicher geleitet und gibt seine Wärme an die Salzschmelze ab. Mit dem erhitzten flüssigen Salz kann dann bei Bedarf in den Speicher eingeleiteter Dampf weiter erhitzt werden.
Mit dem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren bzw. mit der von der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung soll die Energie des Dampfes in geeignete Speichermedien (Salzspeicher oder ähnliches) eingespeichert werden. Diese Einspeicherung kann beispielsweise erfolgen, wenn die Anlage in Teillast betrieben wird oder wenn schnelle Leistungsreduzierungen erforderlich sind und "überschüssiger Dampf" verfügbar ist (schnellere Leistungsreduktion der Dampfturbine durch Auskopplung eines Teils des Dampfmassenstroms in den Speicher). Die hierbei erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Kraftwerksanlagen durch größere Laständerungsgeschwindigkeiten infolge einer Beteiligung der Dampfturbine insgesamt eine größere Flexibilität aufweisen und "überschüssiger Dampf" und "Abfalldampf" (Spindelleckdampf, Sperrdampf, weitere Abdämpfe/Abwärmen im Kraftwerk) zur Ladung des externen Speichers und zur Nutzung für Netzdienstleistungen oder Leistungsrampen verwendet werden kann. Außerdem können auch externe Quellen zur Aufladung des externen Speichers (Solar, Hilfsdampf, Abdämpfe aus Nachbaranlagen/-betrieben) eingebunden werden.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind ggf. die Nutzung von Abgasen zur Ladung des externen Speichers (ggf. kleiner Teilstrom des Abgasmassenstroms, externe Quellen) bzw. die Verwendung des externen Speichers zur Warmhaltung von Komponenten im Stillstand.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch und nicht maßstäblich eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung.
Die Kraftwerksanlage 1 gemäß der Figur umfasst eine Dampfturbine 2 mit angekoppeltem Generator 3 und einen in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 4 der Dampfturbine 2 nachgeschalteten Kondensator 5. Die Kraftwerksanlage 1 umfasst ferner einen Kessel 6, der eingangsseitig über eine Kondensatleitung 7, in die eine Kondensatpumpe 8 geschaltet ist, mit Kondensat aus dem Kondensator 5 bespeist wird. Der Kessel 6 ist dampfausgangsseitig über eine Dampfleitung 9 mit der Dampfturbine 2 verbunden. In der Figur ist der Kessel 6 als ein mit kohlenstaub gefeuerter und einen Überhitzer umfassenden Kessel dargestellt. Andere Kesselvarianten sind jedoch ebenfalls von der Erfindung umfasst, beispielsweise Kessel mit Gasfeuerung oder Ölfeuerung, oder auch abhitzebeheizte Kessel, sogenannte Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage.
Gemäß der Erfindung ist der Kessel 6 dampfseitig mit einem externen Dampfspeicher 10 über Dampfleitung 11 und Ventil 12 absperrbar verbunden. Über die Dampfleitung 11 kann Dampf dem Kessel 6 entnommen und dem externen Speicher 10 zugeführt werden.
Der im externen Speicher 6 gespeicherte Dampf kann bei Bedarf entweder über die Dampfleitung 13 mit dem Ventil 14 wieder in den Kessel 6 geleitet werden, oder über die Dampfleitung 15, in die ein Ventil 16 geschaltet ist, unter Umgehung des Kessels 6, der Dampfturbine 2 zugeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1301690 [0003]
US 6609361 B2 [0003]

Claims

Verfahren zur Beteiligung einer Dampfturbine (2) einer Kraftwerksanlage (1) an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil eines Dampfmassenstroms aus einem in den Wasser-Dampf-Kreislauf (4) der Dampfturbine (2) geschalteten Kessel (6) in einen externen Speicher (10) ausgekoppelt wird und bei Bedarf Dampf aus dem externen Speicher (10) entnommen und dem Dampfturbinenprozess zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den externen Speicher (10) ausgekoppelt wird, wenn die Kraftwerksanlage (1) in Teillast betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den externen Speicher (10) ausgekoppelt wird, wenn eine schnelle Leistungsreduzierung erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kessel (6) überfeuert wird, um den externen Speicher (10) zu laden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Entnahme des Dampfes aus dem externen Speicher (10) die Dampfturbine (2) im modifizierten Gleitdruck betrieben wird, und der Kessel (6) mit diesem Dampf aufgefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zum Fahren von Leistungsrampen bei Entnahme des Dampfes aus dem externen Speicher (10) die Dampfturbine (2) im natürlichen Gleitdruck betrieben wird, und der Kessel (6) mit diesem Dampf aufgefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei Entnahme des Dampfes aus dem externen Speicher (10) dieser Dampf der Dampfturbine (2) zugeführt wird.
Kraftwerksanlage (1) mit einem Kessel (6), dessen Heizflächen in einen Wasser-Dampf-Kreislauf (4) einer Dampfturbine (2) geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (6) dampfseitig mit einem externen Speicher (10) absperrbar verbunden ist.
Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 8, wobei der externe Speicher (10) mit der Dampfturbine (2) absperrbar verbunden ist.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, weiter umfassend eine Gasturbine, die abgasseitig dem Kessel (6) vorgeschaltet ist.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Kessel (6) ein befeuerter Kessel ist.
Kraftwerksanlage (6) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der externe Speicher (10) ein Untergrundspeicher ist.
Kraftwerksanlage (6) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der externe Speicher (10) ein thermischer Speicher mit einer Salzschmelze ist.