DE102012213976A1

DE102012213976A1 - Method for participation of steam turbine of power plant at network services and power ramps, involves extracting portion of steam mass flow from boiler, and releasing steam from external storage to steam turbine process when needed

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

The method involves extracting a portion of a steam mass flow from a boiler (6) connected to a water-steam circuit (4) of the steam turbine (2) into an external storage (10). The steam is released from the external storage and supplied to the steam turbine process when needed. The steam is extracted into the external storage, when the power plant (1) is operated at partial load or when a rapid power reduction is required. The steam turbine is operated in modified variable pressure, and the boiler is filled with the steam while the steam is released from the external storage. An independent claim is included for a power plant with a gas turbine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beteiligung der Dampfturbine einer Kraftwerksanlage an Netzdienstleistungen und Leistungsrampen. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftwerksanlage. The invention relates to a method for the participation of the steam turbine of a power plant to grid services and power ramps. The invention further relates to a power plant.

Moderne Kraftwerke müssen immer höhere Anforderungen an Flexibilität bezüglich Leistungsrampen und Bereitstellung von Netzdienstleistungen z.B. Bereitstellung von Primär- und Sekundärregelreserven erfüllen. Modern power plants must meet ever increasing demands for flexibility in terms of power ramps and provision of network services, e.g. Provision of primary and secondary control reserves.

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. Currently, power ramps and the provision of grid services, for example, in gas and steam turbine power plants by the process of the gas turbine (power increase or reduction) and in steam power plants are provided by firing processes. Possibly. For example, the steam turbine can be involved in the provision of grid services by operating with throttled turbine control valves, as in the scriptures EP 1 301 690 and US 6,609,361 B2 disclosed. The steam turbine is operated in the modified sliding pressure and it is built a boiler storage, which can be used to provide the primary control. This boiler storage then serves to bridge the time until the gas turbine or the furnace are so far nachgefahren that the generated steam mass flow again fits the current performance.

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. In a gas and steam turbine plant, alternatively, an additional firing could be used to fill the boiler storage or reduce until the generated steam mass flow again fits the current performance.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren für die Bereitstellung von Netzdienstleistungen und Leistungsrampen sowie eine entsprechende Kraftwerksanlage bereit zu stellen. The object of the invention is to provide an improved method for the provision of network services and power ramps and a corresponding power plant.

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. According to the invention, this object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 8. Advantageous developments of the invention are defined in the respective dependent claims.

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. In the inventive method for the participation of the steam turbine of a power plant to network services and power ramps, at least a portion of a steam mass flow is coupled out of a switched into the water-steam cycle of the steam turbine boiler in an external storage and removed if necessary steam from the external storage and the steam turbine process fed.

Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, nicht benötigten oder im Überschuss produzierten Dampf auszuspeichern und diesen bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen. The invention is therefore based on the idea of storing unneeded or excessively produced steam and making it available again when needed.

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. It is expedient if at a time in the external memory is coupled, at which the power plant is operated at partial load or to be. For example, in a power reduction, steam can be stored in the external memory, so that the overall system performance is reduced faster.

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. Alternatively, it may be appropriate to couple steam into the external storage if, for example, a rapid power reduction is required for the primary control, so that in such a case the demand for reduced power (close of the steam turbine control valves) can be discharged to the boiler storage.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, den Kessel zu überfeuern, um den externen Speicher aufzuladen. Furthermore, it may be appropriate to overfill the boiler to charge the external storage.

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. The stored energy can be advantageously used to provide network services, for example, by removing steam from the external storage when requesting more power to the primary control and filling the boiler storage after reaction of the steam turbine control valves with this steam, the steam turbine conveniently in modified sliding pressure is operated.

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. For driving power ramps, it is advantageous if, when removing the steam from the external storage, the steam turbine is operated in natural sliding pressure and the boiler is filled with this steam.

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. In secondary control and power ramps, it may also be advantageous if energy in the form of steam is taken from the external storage and this steam is supplied to the steam turbine. As a result, larger Leistungsänderungsgradienten be realized because the power in a gas and steam turbine now consists of the shares of the power of the gas turbine, the power of the steam turbine due to the direct gas turbine waste heat and the power of the steam turbine from the external memory. The same applies to steam power plants due to the boiler firing.

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. With respect to the power plant, the object is achieved by the features of claim 8, according to which the power plant has a boiler whose heating surfaces in a water-steam cycle of a steam turbine are connected, the boiler is connected on the steam side shut off with an external steam storage.

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. It may be expedient if the external storage is connected shut-off directly and circumventing the boiler with the steam turbine, so that if necessary the fastest possible introduction of large amounts of steam into the steam turbine is possible.

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 an advantageous embodiment, the power plant is designed as a gas and steam turbine plant, i. The power plant includes a gas turbine, which is upstream of the boiler on the exhaust side.

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. In an alternative advantageous embodiment, the boiler is a fired boiler, wherein the firing may be an additional firing in a heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant or a furnace in a pure steam turbine power plant.

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. Advantageously, the external storage is an underground storage, so a memory in natural or artificial cavities under the surface, such as a former mine, since a safe and cost-effective, as containerless storage of large amounts of steam is possible.

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. In an alternative advantageous embodiment, the external memory is a thermal storage with a molten salt. In this case, the steam extracted from the boiler is passed through the salt storage tank and releases its heat to the molten salt. With the heated liquid salt can then be further heated if necessary in the memory steam introduced.

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. With the method proposed by the invention or with the device proposed by the invention, the energy of the steam should be stored in suitable storage media (salt storage or the like). This storage can be done, for example, when the plant is operating at partial load or when rapid power reductions are required and "excess steam" is available (faster power reduction of the steam turbine by decoupling a portion of the steam mass flow into the storage). The advantages achieved here are, in particular, that power plants by greater load change speeds due to involvement of the steam turbine overall have greater flexibility and "excess steam" and "waste steam" (spindle steam, sealing steam, more fumes / waste heat in the power plant) to charge the external memory and can be used for network services or power ramps. In addition, external sources for charging the external storage (solar, auxiliary steam, fumes from neighboring plants / plants) can be integrated.

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. Other possible applications include the use of exhaust gases to charge the external memory (possibly small partial flow of the exhaust gas mass flow, external sources) or the use of external storage for keeping hot components at standstill.

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. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Therein, the single figure shows schematically and not to scale a power plant according to the invention.

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. The power plant 1 according to the figure comprises a steam turbine 2 with coupled generator 3 and one in a water-steam cycle 4 the steam turbine 2 downstream capacitor 5 , The power plant 1 also includes a kettle 6 , the input side via a condensate line 7 into which a condensate pump 8th is switched, with condensate from the condenser 5 is fed. The kettle 6 is steam outlet side via a steam line 9 with the steam turbine 2 connected. In the figure is the kettle 6 as a kettle fired with coal dust and a superheater. Other boiler variants, however, are likewise encompassed by the invention, for example boilers with gas firing or oil firing, or also heat-fired boilers, so-called waste heat steam generators of a gas and steam turbine plant.

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. According to the invention, the boiler 6 on the steam side with an external steam storage 10 over steam line 11 and valve 12 Lockable connected. About the steam line 11 can steam the kettle 6 taken and the external memory 10 be supplied.

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.The in the external memory 6 Steam can be stored on demand either via the steam pipe 13 with the valve 14 back in the kettle 6 be routed, or via the steam line 15 into which a valve 16 is switched, bypassing the boiler 6 , the steam turbine 2 be supplied.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1301690 [0003]
US 6609361 B2 [0003]

Claims

Process for the participation of a steam turbine ( 2 ) of a power plant ( 1 ) at network services and power ramps, characterized in that at least part of a steam mass flow from one into the water-steam cycle ( 4 ) of the steam turbine ( 2 ) switched boiler ( 6 ) into an external memory ( 10 ) and if necessary steam from the external memory ( 10 ) and supplied to the steam turbine process.

Method according to claim 1, wherein in the external memory ( 10 ) is disconnected when the power plant ( 1 ) is operated at partial load.

Method according to claim 1, wherein in the external memory ( 10 ) is decoupled when a fast power reduction is required.

Method according to claim 1, wherein the boiler ( 6 ) is overfired to the external memory ( 10 ) to load.

Method according to one of the preceding claims, wherein upon removal of the steam from the external memory ( 10 ) the steam turbine ( 2 ) is operated in modified sliding pressure, and the boiler ( 6 ) is filled with this vapor.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein for driving of power ramps with removal of the steam from the external memory ( 10 ) the steam turbine ( 2 ) is operated in natural sliding pressure, and the boiler ( 6 ) is filled with this vapor.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein upon removal of the steam from the external memory ( 10 ) this steam of the steam turbine ( 2 ) is supplied.

Power plant ( 1 ) with a kettle ( 6 ) whose heating surfaces are in a water-steam cycle ( 4 ) of a steam turbine ( 2 ), characterized in that the boiler ( 6 ) on the steam side with an external memory ( 10 ) is connected lockable.

Power plant ( 1 ) according to claim 8, wherein the external memory ( 10 ) with the steam turbine ( 2 ) is connected lockable.

Power plant ( 1 ) according to one of claims 8 or 9, further comprising a gas turbine, the exhaust side of the boiler ( 6 ) is connected upstream.

Power plant ( 1 ) according to one of claims 8 or 9, wherein the boiler ( 6 ) is a fired kettle.

Power plant ( 6 ) according to one of claims 8 to 11, wherein the external memory ( 10 ) is a background storage.

Power plant ( 6 ) according to one of claims 8 to 11, wherein the external memory ( 10 ) is a thermal storage with a molten salt.