DE102012224009A1 - Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine (10), die stromauf des Einlasses des Verdichters (12) eine Vorrichtung zum Abkühlen der vom Verdichter (12) ansaugbaren Luft, aufweist. Um im Frequenzstützungsbetrieb und im Lastfolgebetrieb Sprünge in der abgegebenen Gasturbinen-Leistung (P) zu vermeiden, um somit jeden Leistungspunkt der Gasturbine (10) anfahren zu können, ist vorgesehen, dass die Gasturbine (10) bei Teillast betrieben wird und gleichzeitig die angesaugte Luft abgekühlt wird. Dadurch hebt sich die abgegebene Gasturbinen-Leistung (P) wieder an, jedoch wird die Gasturbine dann mit einem Brennstoffmassenstrom (mB) betrieben, der kleiner ist als derjenige Brennstoffmassenstrom (mB), der bei nichtabgekühlter Betriebsweise erforderlich wäre, um die Leistung (P) zu erbringen. Der Besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass danach die abgegebene Leistung (P) der Gasturbine (10) stufenlos angepasst werden kann, indem entweder die Temperatur der angesaugten Luft stufenlos abgesenkt wird und/oder die der Brennkammer zugeführte Menge an Brennstoff stufenlos erhöht oder erniedrigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, die stromauf des Einlasses des Verdichters eine Vorrichtung zum Abkühlen der vom Verdichter ansaugbaren Luft aufweist, mit den Schritten: Ansaugen von Umgebungsluft, Verdichten der angesaugten Luft im Verdichter, Zuführen von Brennstoff zur verdichteten Luft und Verbrennen des Brennstoff-Luft-Gemischs in mindestens einer Brennkammer zu einem Heißgas und expandierendes Heißgases in einer Turbine, wobei die abgegebene Leistung der Gasturbine kleiner ist als ihre Nennleistung.
  • Es ist gemeinhin bekannt, dass stationäre Gasturbinen und auch Dampfturbinen zur elektrischen Energieerzeugung eingesetzt werden. Dabei treibt die Gasturbine im Betrieb einen elektrischen Generator an, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die so erzeugte elektrische Energie wird in ein Stromverteilungsnetz eingespeist, welches in der Regel eine Soll-Netzfrequenz von 50Hz oder 60Hz aufweist. Gemäß nationaler Anforderungen, die weitläufig auch als Grid-Code bekannt sind, sind die Netzbetreiber derartiger Netze verpflichtet, die Netzfrequenz weitestgehend stabil zu halten. Jedoch hängt die tatsächliche Netzfrequenz von der aktuell abgefragten Last ab. Beispielsweise kann eine zu große elektrische Last im Stromverteilungsnetz dazu führen, dass dessen Netzfrequenz absinkt. In diesem Fall ist die von den Kraftwerken zu erbringende Leistung zu erhöhen, um den Netzfrequenzabfall zu kompensieren.
  • Zur Stützung der Netzfrequenz wird zwischen unterschiedlichen Betriebsmoden unterschieden. Bei einem Primär-Frequenzstützungsbetrieb müssen danach arbeitende Kraftwerke sehr schnell ihre Leistungsabgabe ändern können, um die Änderung der Netzfrequenz zu begrenzen. Dazu überwacht eine Leittechnik die Netzfrequenz und reagiert bei zu großen Abweichungen von der Sollfrequenz direkt mit einer Anpassung der abgegebenen Kraftwerksleistung, was als Primärregelung bezeichnet wird. Bei zu großem Frequenzabfall wird die abgegebene Leistung des Kraftwerks schnellstmöglich erhöht und bei zu großem Frequenzanstieg abgesenkt. Dabei ist die Steigung ΔPSoll = f(Δn) mit
    • ΔPSoll
    = geforderte Leistungsänderung und
    Δn
    = Frequenzabweichung
    meist im nationalen Grid-Code festgelegt.
  • Ein zweiter Betriebsmodus zur Frequenzstützung ist der Sekundär-Frequenzstützungsbetrieb. Aufgabe des Kraftwerks ist dann, die aktuelle Frequenz wieder auf ihren Sollwert zurückzuführen. Sobald die Sekundärregelung aktiviert und mit der angepassten Leistung der Frequenzfehler verringert wird, nimmt die Primärregelung die Leistung zurück. Damit wird diese wieder für den nächsten Einsatz frei. Wenn absehbar ist, dass die Sekundärregelleistung längere Zeit aktiv sein müsste, kann eine Minutenreserve (auch Terziärregelung bzw. Tertiär-Frequenzstützung) manuell aktiviert werden, wodurch die Leistung aus der Sekundärregelung automatisch zurückgeht.
  • Kraftwerksbetreiber, die ihr Kraftwerk in einem Frequenzstützungsmodus betreiben, erhalten eine zusätzliche Vergütung, da der Betreiber prinzipiell einige Nachteile in Kauf nehmen muss. Einerseits ist das Kraftwerk in Teillast zu betreiben, damit es fähig ist, bei einem Frequenzabfall seine abgegebene Leistung stufenlos zu steigern – es wird somit eine Leistungsreserve vorgehalten. Die Leistungsreserve kann 10% der Nennlast des Kraftwerks betragen, so dass der Betreiber sein Kraftwerk in der Betriebsart Frequenzstützung bei einer Teillast von 90% und weniger betreiben muss. Andererseits produziert das Kraftwerk die geringere Leistung auch bei einem niedrigeren Wirkungsgrad, da der Teillastwirkungsgrad stets kleiner ist als der Wirkungsgrad bei Nennlast.
  • Um derartige Leistungsreserven schnell abrufen zu können, ist es aus der EP 1 507 078 A1 bekannt, zur Frequenzstützung die nasse Verdichtung einzusetzen. Erst bei Auftreten des Frequenzstützungsereignisses wird dann die Wassereindüsung aktiviert, was im Nennlastbetrieb jedoch zu einem Leistungssprung führen kann oder zu Tropfengrößen, die oberhalb einer maximal zulässigen Größe liegen. Beide Auswirkungen sind jedoch unerwünscht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Gasturbine, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass obwohl die Gasturbine eine Leistung abgibt, die kleiner ist als ihre Nennleistung, die Kühlung der angesaugten Luft aktiviert und aufrechterhalten wird.
  • Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung der angesaugten Luft durch die Zugabe einer Flüssigkeit in den vom Verdichter angesaugten Luftstrom, wodurch sich dessen Temperatur abkühlt. Die zugeführte Menge an Flüssigkeit – zumeist Deionat – ist so groß, dass deren Tropfen nicht größer sind als eine zulässige Maximalgröße. So wird sichergestellt, dass alle Tropfen bestimmungsgemäß verdampfen. Sofern alle Tropfen vor Eintritt in den Verdichter verdampfen, spricht man in der Regel von einer EVAP-Kühlung. Verdampfen jedoch auch Tropfen innerhalb des Verdichters, so spricht man von einer nassen Verdichtung, welche im Englischen auch als "Wet Compression" bekannt ist. Die Zugabe der Flüssigkeit erfolgt über Düsen, die im Ansaugkanal der Gasturbine an einem die Flüssigkeit führenden Rohrgitter angeordnet sind. Damit bei der Eindüsung der Flüssigkeit die maximal zulässige Tropfengröße stets unterschritten wird, muss jede Düse einen Mindestmassenstrom ausspritzen. Da zumeist diese Düsen nicht einzeln ansteuerbar sind, sondern nur alle gleichzeitig oder in wenigen Gruppen, wird dementsprechend insgesamt eine größere Menge an Flüssigkeit bei der Aktivierung des Systems schlagartig eingespritzt. Im Nennlastbetrieb führt dies zu einem Sprung in der abgegebenen Leistung beim Start der Wassereindüsung. Derartige Leistungssprünge sind jedoch im Frequenzstützungsbetrieb, und insbesondere bei der sekundären Frequenzstützung und im Lastfolgebetrieb unzulässig, weswegen die Erfindung vorschlägt, vor der Aktivierung des Frequenzstützungsmodus oder des Lastfolgebetriebs zum einem zuerst die abgegebene Leistung der Gasturbine abzusenken auf einen Wert unterhalb der Nennlast und zum anderen anschließend mit der Kühlung der angesaugten Luft wie erläutert zu beginnen und zumindest zeitweise aufrecht zu erhalten. Prinzipiell würde die Gasturbine zwar wieder mehr Leistung als nach der Erstabsenkung bereitstellen, jedoch kann diese Leistungserhöhung durch das Zudrehen der Einlassleitschaufeln kompensiert werden. In diesem Betriebszustand ist der Brennstoffmassenstrom dann geringer als beim Betrieb ohne Kühlung der angesaugten Verdichterluft bzw. beim Betrieb ohne Flüssigkeitseindüsung. Erst danach wird der entsprechende Betriebsmodus – Frequenzstützung oder Lastfolgebetrieb – aktiviert. Ausgehend von diesem Start-Betriebspunkt ist die Gasturbine dann in der Lage, stufenlos jeden weiteren Leistungswert oberhalb und unterhalb des Start-Betriebspunkts anzufahren, ohne dass Leistungssprünge auftreten, die durch ein Einschalten der Abkühlung der angesaugten Luft hervorgerufen werden. Gleichzeitig wird erreicht, dass bei der Verwendung von EVAP-Kühlung und „Wet Compression“ zur Abkühlung der angesaugten Luft stets eine derartig große Flüssigkeitsmenge den einzelnen Düsen zugeführt wird, dass diese Tropfen generieren, die kleiner sind als die maximal zulässige Tropfengröße. Damit kann eine zuverlässige Kühlung der angesaugten Luft gewährleistet werden, ohne dass aufgrund zu großer Tropfen nachteilige Effekte wie beispielsweise Tropfenschlagerosion im Verdichter auftreten.
  • Wenn die Gasturbine im erfindungsgemäßen Zustand betrieben wird, kann zur Leistungsabsenkung der Brennstoffmassenstrom abgesenkt werden. Vorzugsweise wird zur Leistungssteigerung zuerst der Brennstoffmassenstrom erhöht, bis der maximal zulässige Wert erreicht ist. Für darüber hinausgehende Leistungsanforderungen besteht vorzugsweise die Möglichkeit, die Flüssigkeitsmenge bis auf 100% zu erhöhen. Wenn beim Absenken der abgegebenen Leistung die verstellbaren Einlassleitschaufeln den Öffnungsquerschnitt des Verdichterseintritts auf den kleinsten Wert reduziert haben, wird bei weiterer Lastabsenkung die Flüssigkeitseindüsung abgeschaltet und gleichzeitig der Öffnungsgrad der Einlassleitschaufeln wieder vergrößert, um Leistungssprünge zu vermeiden. Solange sich die Gasturbine dann im ansaugluftungekühlten Teillastbetrieb befindet, kann ohne Leistungssprung die Ansaugluftkühlung wieder aktiviert werden.
  • Mithin wird ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine vorgeschlagen, das es ermöglicht, trotz einer Aktivierung der Abkühlung der angesaugten Verdichterluft, die Gasturbine bei stufenloser Einstellbarkeit der abgegebenen Leistung gleichzeitig bei geringen Tropfendurchmessern zu betreiben. Weiterer Vorteil ist, dass der schnell verfügbare Leistungsbereich der Gasturbine so erweitert werden kann.
  • Die Erfindung ist von besonderem Vorteil, wenn zur Abkühlung der angesaugten Luft eine Flüssigkeit zugegeben wird, wobei die Vorrichtung zur Zugabe der Flüssigkeit vorzugsweise nur eine Stufe umfasst. Eine Stufe bedeutet dabei, dass alle im Ansaugkanal angeordneten Düsen zum Zuführen der Flüssigkeit über ein einziges Regelventil ansteuerbar sind. Es existiert somit nur eine einzige Gruppe an Düsen, die gleichzeitig betrieben werden. Existieren zwei oder mehr Gruppen an Düsen, die unabhängig voneinander betrieben werden können, besitzt die Eindüsvorrichtung entsprechend viele Stufen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in einem Ausführungsbeispiel angegeben, welches die Erfindung rein schematisch und nicht einschränkend näher beschreibt. Es zeigen:
  • 1 den schematischen Aufbau einer Gasturbine und
  • 2 ein Diagramm, bei dem die Stellung der Einlassleitschaufeln des Verdichters, die abgegebene Gasturbinenleistung und die Menge an der Verdichterluft zugeführten Flüssigkeit jeweils über die Zeit aufgetragen ist.
  • 1 zeigt schematisch eine stationäre Gasturbine 10 mit einem Verdichter 12 und einer Turbineneinheit 14, deren Rotoren miteinander starr gekoppelt sind. Zwischen dem Verdichterausgang und dem Eintrittsabschnitt der Turbineneinheit 14 ist eine Brennkammer 16 vorgesehen. Diese kann als Silobrennkammer, Rohrbrennkammer oder als Ringbrennkammer ausgestaltet sein. Im Falle von Rohrbrennkammern sind zumeist zehn, zwölf oder noch mehr Rohrbrennkammern vorgesehen. An dem Verdichterrotor ist zudem ein Generator 11 zur Stromerzeugung angekoppelt. Am Lufteinlass des Verdichters 12 sind um ihre Längsachse schwenkbare Einlassleitschaufeln 13 vorgesehen, mit denen der Verdichtermassenstrom mV einstellbar ist. Die schwenkbaren Einlassleitschaufeln 13 sind lediglich schematisch dargestellt. Die Turbineneinheit 14 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel vier aufeinanderfolgende Turbinenstufen 14 a, 14 b, 14 c und 14 d, die ebenfalls nur schematisch dargestellt sind.
  • Im Strömungspfad der vom Verdichter 12 angesaugten Umgebungsluft ist zudem ein mit Düsen 15 ausgestattetes Rohrgitter 17 als Vorrichtung 9 zur Abkühlung der Luft vorgesehen, das hinter nicht weiter dargestellten Luftfiltern der Gasturbine 10 angebracht ist. Dem Rohrgitter 17 ist über eine Zuleitung eine Flüssigkeit M, zumeist Wasser oder Deionat, mit hohem Druck zuführbar, deren Menge über ein Regelventil 19 einstellbar ist. Die Düsen 15 zerstäuben die Flüssigkeit, welche von der angesaugten Luft mitgenommen wird. Währenddessen verdampfen die Tropfen zumindest teilweise und kühlen so die Ansaugluft. Mit Hilfe der Vorrichtung 9 kann bei Bedarf einerseits die Temperatur der Gasturbinenansaugluft herabgesetzt werden und andererseits der Verdichtermassenstrom mV erhöht werden.
  • Im Betrieb saugt der Verdichter 12 Umgebungsluft an, verdichtet diese und führt sie der Brennkammer 16 zu. Dort wird die verdichtete Luft mit einem Brennstoff B gemischt und in einer Flamme zu einem Heißgas HG verbrannt. Das Heißgas HG strömt in den Eintritt der Turbineneinheit 14 und entspannt sich an den nicht weiter dargestellten Turbinenschaufeln der Turbineneinheit 14 arbeitsleistend. Das so entstehende Abgas RG strömt am Austritt der Turbineneinheit 14 über einen nicht dargestellten Abgasdiffusor ab. Danach wird das Abgas RG entweder über einen Schornstein in die Umgebung abgelassen oder das Abgas RG wird in einem sogenannten Kessel, welcher als Abhitzedampferzeuger bekannt ist, zur Erzeugung von Dampf genutzt. Der im Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf dient dann zum Antrieb von nicht weiter dargestellten Dampfturbinen oder auch als Prozessdampf. Mit Hilfe des Brennstoffmassenstroms mB und dem Verdichtermassenstrom mV lässt sich die von der Gasturbine 10 zu erbringende Leistung einstellen.
  • Sofern die von der Gasturbine 10 abzugebende Leistung gesteigert werden soll, wird die Vorrichtung 9 aktiviert. Dazu wird eine Flüssigkeit M über die Düsen 15 ausgespritzt. Damit beim Eindüsen der Flüssigkeit M Tropfen entstehen, deren Durchmesser einen Maximaldurchmesser nicht überschreiten, wird jeder Düse 15, sofern sie die Flüssigkeit M einspritzen soll, eine Mindestmenge zugeführt. Insofern ist die jeder Düse 15 zuführbare Menge an Flüssigkeit M nur zwischen der Mindestmenge und der Maximalmenge stufenlos regelbar. Durch das Eindüsen der Flüssigkeit M wird einerseits die angesaugte Luft noch vor dem Eintritt in den Verdichter 12 abgekühlt, wodurch der Verdichtermassenstrom mV ansteigt. Andererseits steigt auch der Massenstrom. Beides wirkt sich leistungssteigernd auf die Gasturbine 10 aus.
  • Das Diagramm von 2 zeigt die aus der Gasturbine 10 abgegebene Leistung P bzw. die von der Gasturbine 10 zu erbringende Leistung PSoll in %, den Öffnungsgrad IGV der schwenkbaren Einlassleitschaufeln 13 des Verdichters 10 in % und der relative Massenstrom einer Flüssigkeit M jeweils über die Zeit t.
  • Bis zum Zeitpunkt t0 wird die Gasturbine in der im Stand der Technik üblichen Fahrweise betrieben. Die abgegebene Gasturbinenleistung P ist währenddessen abhängig von den Umgebungsbedingungen, der in den Verdichter 12 einströmenden Luftmenge und der der Brennkammer 16 zugeführten Brennstoffmenge mB.
  • Eine erste (schwarz) gepunktete dargestellte Kennlinie 20 zeigt die vom Grid-Code geforderte Leistung PSoll in Prozent an. Eine zweite (rot) gestrichelt dargestellte Kennlinie 24 zeigt den Öffnungsgrad IGV der verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 an, wobei der Wert von 100% den maximalen Öffnungsgrad repräsentiert. Eine dritte in Volllinie dargestellte Kennlinie 22 (blau) zeigt diejenige Flüssigkeitsmenge mM an, die in den Ansaugkanal des Verdichters 12 zum Abkühlen der angesaugten Verdichterluft zugegeben wird.
  • Ausgehend von einem ansaugluftungekühlten Betrieb fährt beim erfindungsgemäßen Konzept die Gasturbine 10 einen Betriebspunkt unterhalb der Nennlast an, wobei die abgegebene Leistung P durch einen Leistungsregler und die Abgastemperatur durch einen Temperaturregler geregelt wird. Der Leistungsregler regelt den Brennstoffmassenstrom mB und der Temperaturregler den Verdichtermassenstrom mV über die verstellbaren Einlassleitschaufeln 13. Anschließend wird zum Zeitpunkt t0 ein Mindestmassenstrom mMMin an Flüssigkeit M den Düsen 15 zugeführt, wonach dauerhaft mindestens die Mindestflüssigkeitsmenge mMMin der angesaugten Luft zugegeben wird. Eine Freigabe zur Aktivierung des Frequenzstützungsmodus erfolgt, wenn trotz der Eindüsung der Flüssigkeit M die verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 noch im zulässigen Verstellbereich betrieben werden können. Diese Überprüfung ist zweckmäßig, da durch die Eindüsung der Flüssigkeit M die Verdichtereintrittstemperatur sinkt, weshalb die verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 noch weiter geschlossen werden sollten. Unter Umständen müssen die verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 vorgesteuert etwas geschlossen werden. Anschließend kann zur Frequenzstützung oder im Lastfolgebetrieb die abgegebene Leistung P der Gasturbine 10 über den Brennstoffmassenstrom mB geregelt werden, wobei die Flüssigkeitsmenge mM zunächst konstant bleibt. Die Position der verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 wird dann zur Einstellung einer vorgegebenen Abgastemperatur angepasst. Diese Art der Leistungserhöhung erfolgt so lange, bis die verstellbaren Einlassleitschaufeln 13 ihre Maximalposition IGV (100%) erreicht hat. Erst danach wird zur weiteren Steigerung der abgegebenen Gasturbinen-Leistung P die eingedüste Flüssigkeitsmenge erhöht. Bei Reduzieren der Leistung wird zunächst die Flüssigkeitsmenge mM zurückgefahren bis die Mindestflüssigkeitsmenge mMMin erreicht ist. Anschließend wird über die Brennstoffmenge mB die abgegebene Gasturbinen-Leistung P reduziert und die Flüssigkeitsmenge mM bei Mindestflüssigkeitsmenge mMMin gehalten. Durch die Regelung auf eine konstante Abgastemperatur wird die Einlassschaufel 13 entsprechend zugefahren. Beim Erreichen des minimalen Öffnungsgrads IGV für den Flüssigkeitseindüsungsbetrieb wird die Flüssigkeitseindüsung abgeschaltet und gleichzeitig wieder der Öffnungsgrad IGV der Einlassleitschaufeln 13 wieder vergrößert, um Leistungssprünge zu vermeiden.
  • Die Erfindung wurde anhand einer EVAP- bzw. anhand einer Nass-Verdichtungs-Vorrichtung näher erläutert. Jedoch sind diese Ausgestaltungen lediglich beispielhaft. Die Erfindung ist ebenfalls einsetzbar bei Vorrichtungen zum Abkühlen des vom Verdichter angesaugten Massenstroms, die nach anderen Wirkprinzipien arbeiten. Insgesamt ist die Erfindung für jede Kühlvorrichtung anwendbar, bei der mit Aktivierung des Kühlsystems ein Temperatursprung auftritt.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine 10, die stromauf des Einlasses des Verdichters 12 eine Vorrichtung zum Abkühlen der vom Verdichter 12 ansaugbaren Luft, aufweist. Um im Frequenzstützungsbetrieb und im Lastfolgebetrieb Sprünge in der abgegebenen Gasturbinen-Leistung P zu vermeiden, um somit jeden Leistungspunkt der Gasturbine 10 anfahren zu können, ist vorgesehen, dass die Gasturbine 10 bei ansaugluftungekühlter Teillast betrieben wird und anschließend – noch bevor die Gasturbine eine ansaugluftungekühlte Nennlast erreicht – die angesaugte Luft abgekühlt wird. Dadurch hebt sich die abgegebene Gasturbinen-Leistung P zwar wieder an, jedoch wird die Gasturbine dann mit einem Brennstoffmassenstrom mB betrieben, der kleiner ist als derjenige Brennstoffmassenstrom mB, der bei nichtabgekühlter Betriebsweise erforderlich wäre, um die gleiche Leistung P zu erbringen. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass danach die abgegebene Leistung P der Gasturbine 10 stufenlos angepasst werden kann, indem entweder die Temperatur der angesaugten Luft stufenlos abgesenkt wird und/oder die der Brennkammer zugeführte Menge an Brennstoff stufenlos erhöht oder erniedrigt wird.
  • 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 1507078 A1 [0006]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine (10), die stromauf des Einlasses des Verdichters (12) eine Vorrichtung (9) zum Abkühlen der vom Verdichter (12) ansaugbaren Luft aufweist, mit den Schritten: – Ansaugen von Umgebungsluft, Verdichten der angesaugten Luft im Verdichter (12), Zuführen von Brennstoff (B) zur verdichteten Luft, Verbrennen des Brennstoff-Luft-Gemischs in mindestens einer Brennkammer (16) zu einem Heißgas und Expandieren des Heißgases in einer Turbine (14), wobei die abgegebene Leistung (P) der Gasturbine (10) kleiner ist als die Nennlast, gekennzeichnet durch den Schritt, – dass die angesaugte Luft abgekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gasturbine (10) im Frequenzstützungsmodus betrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Frequenzstützungsmodus die sekundäre Frequenzstützung umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem zur Abkühlung der angesaugten Luft dieser eine Flüssigkeit (M) zugegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ohne eine die Frequenz stützende Leistungsabgabe eine Mindestmenge (mMMin) an Flüssigkeit (M) zugegeben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Mindestmenge (mMMin) 50% der maximal zugebbaren Flüssigkeitsmenge einer Zugabe-Vorrichtung oder die Mindestmenge (mMMin) 50% der maximal zugebbaren Flüssigkeitsmenge eines Teils einer Zugabe-Vorrichtung ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, bei dem eine während des Frequenzstützungsbetriebs geforderte Steigerung der abgegebenen Gasturbinen-Leistung (P) durch ein weiteres Absenken der Temperatur der in den Verdichter (12) einströmenden Luft und/oder durch eine Erhöhung der eingesaugten Luftmenge erreicht wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3023604A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und system zum abkühlen einer gasturbine
EP3650674A1 (de) * 2018-11-08 2020-05-13 General Electric Company Verfahren zum betrieb eines gasturbinenmotors sowie gasturbinenmotor
WO2020216639A1 (fr) * 2019-04-24 2020-10-29 Safran Helicopter Engines Procede de regulation de turbomachine comprenant un dispositif d'augmentation temporaire de puissance

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507078A1 (de) 2003-08-11 2005-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage und Gasturbinenanlage

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG104914A1 (en) * 1997-06-30 2004-07-30 Hitachi Ltd Gas turbine
WO2002084091A1 (fr) * 2001-04-09 2002-10-24 Hitachi, Ltd. Générateur de puissance à turbine à gaz
JP4104992B2 (ja) * 2003-01-17 2008-06-18 株式会社東芝 ガスタービン発電システム
WO2004072453A1 (de) * 2003-02-11 2004-08-26 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer gasturbogruppe

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507078A1 (de) 2003-08-11 2005-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage und Gasturbinenanlage

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3023604A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und system zum abkühlen einer gasturbine
WO2016078932A1 (de) * 2014-11-18 2016-05-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und system zum abkühlen einer gasturbine
US10125685B2 (en) 2014-11-18 2018-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for cooling down a gas turbine
EP3650674A1 (de) * 2018-11-08 2020-05-13 General Electric Company Verfahren zum betrieb eines gasturbinenmotors sowie gasturbinenmotor
US11333070B2 (en) 2018-11-08 2022-05-17 General Electric Company Gas turbine engine and methods of operating same
WO2020216639A1 (fr) * 2019-04-24 2020-10-29 Safran Helicopter Engines Procede de regulation de turbomachine comprenant un dispositif d'augmentation temporaire de puissance
FR3095475A1 (fr) * 2019-04-24 2020-10-30 Safran Helicopter Engines Procédé de régulation de turbomachine comprenant un dispositif d’augmentation temporaire de puissance

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