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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turbinenkraftwerk-Kühlsystems, das einen ersten Wärmetauscher, der wärmetechnisch mit einem zu kühlenden Generator gekoppelt ist, und zumindest einen strömungstechnisch parallel zum ersten Wärmetauscher angeordneten zweiten Wärmetauscher aufweist, der wärmetechnisch mit einer weiteren zu kühlenden Komponente des Turbinenkraftwerks gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Turbinenkraftwerk mit einem Kühlsystem, das zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgelegt ist.
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Turbinenkraftwerke der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Sie umfassen stets ein Kühlsystem, das zur Kühlung des Generators und weiterer zu kühlender Komponenten des Turbinenkraftwerks dient. Die Auslegung des Kühlsystems eines Turbinenkraftwerks erfolgt normalerweise vor dem Bau eines Turbinenkraftwerks. Dabei wird die maximale Kühlleistung für jeden der strömungstechnisch parallel angeordneten Wärmetauscher anhand der maximalen Kühlbedarfe der über diese zu kühlenden Einzelkomponenten festgelegt. Bei der Inbetriebnahme des Turbinenkraftwerks erfolgt dann lediglich eine Feineinstellung der Kühlfluidvolumenströme zu den einzelnen Wärmetauschern, woraufhin die vorgenommenen Einstellungen meist für mehrere Jahre beibehalten werden.
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Ein Problem bekannter Verfahren zum Betreiben von Turbinenkraftwerk-Kühlsystemen besteht darin, dass diese sehr unflexibel sind. Zum einen sind die maximalen Kühlleistungen, die das System für den Generator und die weiteren zu kühlenden Komponenten bereitstellt, im Wesentlichen starre und damit auch limitierende Größen, weshalb beispielsweise Verbesserungen an dem Generator, die an die maximale Generatorkühlleistung höhere Anforderungen stellen, nicht oder nur mit sehr großem Aufwand realisiert werden können. Zum anderen sind Reaktionen auf sich ändernde Betriebsbedingungen allgemein nicht vorgesehen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgelegtes Turbinenkraftwerk zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Turbinenkraftwerk-Kühlsystems der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist: Ermitteln des aktuellen Kühlbedarfs des Generators und des aktuellen Kühlungsbedarfs der weiteren zu kühlenden Komponente unter Verwendung geeigneter Sensoren und Regeln der durch den ersten Wärmetauscher und durch den zweiten Wärmetauscher geleiteten Kühlmittelteilvolumenströme auf Basis der ermittelten Kühlungsbedarfe des Generators und der weiteren Komponente und unter Verwendung einer geeignet ausgelegten und eingerichteten Kühlsystemsteuerung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Aufteilung eines Kühlfluidvolumenstroms auf die strömungstechnisch parallel zueinander angeordneten Wärmetauscher bedarfsgerecht variiert. Dank eines solchen Betriebs des Kühlsystems kann unter Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Kühlung der zu kühlenden Komponenten sehr flexibel auf sich ändernde Betriebsparameter reagiert werden, die beispielsweise aus unterschiedlichen Fahrweisen der zugeordneten Turbine oder aus Veränderungen an einzelnen Komponenten des Turbinenkraftwerks resultieren. So kann beispielsweise in Betriebspunkten, in denen die weitere zu kühlende Komponente nur einer geringen Kühlung bedarf, dem Generator mehr Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden, wodurch die Leistung des Turbinenkraftwerks optimiert werden kann, um nur ein Beispiel zu nennen.
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Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der jeweilige aktuelle Kühlungsbedarf weiterer zu kühlender Komponenten des Turbinenkraftwerks, die wärmetechnisch mit weiteren, strömungstechnisch parallel zum ersten Wärmetauscher angeordneten Wärmetauschern des Turbinenkraftwerk-Kühlsystems gekoppelt sind, unter Verwendung geeigneter Sensoren ermittelt, und die durch die weiteren Wärmetauscher geleiteten Kühlmittelteilvolumenströme werden unter Berücksichtigung der ermittelten Kühlungsbedarfe geregelt. Mit anderen Worten können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Volumenströme zu mehr als zwei strömungstechnisch parallel zueinander angeordneten Wärmetauschern bedarfsgerecht geregelt werden.
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Bevorzugt ist eine der weiteren zu kühlenden Komponenten des Turbinenkraftwerks ein Lager oder ein Getriebe oder ein weiterer Generator. Grundsätzlich können natürlich auch andere zu kühlende Komponenten an die erfindungsgemäße Regelung angeschlossen werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Ermitteln des Kühlungsbedarfs Sensoren verwendet, welche die Ist-Temperaturen des Generators und der zumindest einer weiteren zu kühlenden Komponente erfassen, wobei die erfassten Ist-Temperaturen in der Kühlsystemsteuerung mit entsprechenden, vorab definierten Grenzwerten verglichen und basierend auf den Vergleichsergebnissen die aktuellen Kühlungsbedarfe berechnet werden. Grundsätzlich können anstelle von Temperatursensoren natürlich auch andere Sensoren eingesetzt werden, die Messwerte erfassen, die für den aktuellen Kühlungsbedarf der zugeordneten zu kühlenden Komponente repräsentativ sind.
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Bevorzugt erfolgt die Regelung der Kühlmittelteilvolumenströme zu den einzelnen Wärmetauschern über Volumenstrom-Regelventile, die jeweils einem der Wärmetauscher zugeordnet und von der Kühlsystemsteuerung betätigbar sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf Basis der ermittelten Kühlungsbedarfe des Generators und der weiteren Komponente und unter Verwendung der Kühlsystemsteuerung ein durch das Turbinenkraftwerk-Kühlsystem geleiteter Kühlmittelgesamtvolumenstrom geregelt, beispielsweise indem die Kühlsystemsteuerung eine entsprechende Pumpe ansteuert. Auf diese Weise kann die Gesamtkühlleistung, die von dem Kühlsystem zur Verfügung gestellt wird, variiert werden.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Turbinenkraftwerk mit einem Kühlsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist, wobei das Kühlsystem einen ersten Wärmetauscher, der wärmetechnisch mit einem zu kühlenden Generator verbunden ist, zumindest einen strömungstechnisch parallel zum ersten Wärmetauscher angeordneten zweiten Wärmetauscher, der wärmetechnisch mit einer weiteren zu kühlenden Komponente des Turbinenkraftwerks verbunden ist, Sensoren, die derart ausgelegt und eingerichtet sind, dass sie den aktuellen Kühlungsbedarf des Generators und den aktuellen Kühlungsbedarf der weiteren zu kühlenden Komponente repräsentierende Messgrößen erfassen, Volumenstrom-Regelventile, die derart ausgelegt und eingerichtet sind, dass über diese die die Wärmetauscher durchströmenden Kühlfluidteilvolumenströme veränderbar sind, und eine Kühlsystemsteuerung aufweist, die derart ausgelegt und eingerichtet ist, dass sie die Betätigung der Volumenstromregelventile basierend auf den von den Sensoren erfassten Messgrößen steuert.
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Bevorzugt ist zumindest einer der Sensoren ein Temperatursensor.
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Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Turbinenkraftwerks ist die weitere zu kühlende Komponente ein Lager oder ein Getriebe oder ein weiterer Generator.
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Bevorzugt weist das Kühlsystem eine den durch das Kühlsystem geförderten Kühlfluidgesamtvolumenstrom bestimmende Pumpe auf, wobei die Pumpe und die Kühlsystemsteuerung derart ausgelegt und eingerichtet sind, dass die Pumpe von der Kühlsystemsteuerung zur Veränderung des Kühlfluidgesamtvolumenstroms ansteuerbar ist. Entsprechend lässt sich auch die von dem Kühlsystem zur Verfügung gestellte Gesamtleistung bedarfsgerecht variieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die schematisch einen Teil eines Turbinenkraftwerk-Kühlsystems zeigt.
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Bei dem Turbinenkraftwerk 1 handelt es sich um ein solches gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Turbinenkraftwerk 1 umfasst ein Kühlsystem 2, das zur Kühlung eines Generators 3 und eines Lagers 4 des Turbinenkraftwerks 1 dient.
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Das Kühlsystem 2 weist einen Kühlkreislauf 5 mit einer Pumpe 6, zwei strömungstechnisch parallel zueinander und in Reihe zur Pumpe 6 angeordneten Wärmetauschern 7 und 8, zwei Volumenstromregelventilen 9 und 10, die jeweils einem der Wärmetauscher 7, 8 zugeordnet und strömungstechnisch mit diesem in Reihe angeordnet sind, und einem Kühler 11, der strömungstechnisch in Reihe mit der Pumpe 6 angeordnet ist und zur Rückkühlung des während des Betriebs des Kühlsystems 2 durch den Kühlkreislauf 5 geleiteten Kühlfluids dient.
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Der Wärmetauscher 7 ist wärmetechnisch über einen Luftkühlkreislauf 12 des Kühlsystems 2 mit dem Generator 3 gekoppelt, um diesen zu kühlen. In ähnlicher Weise ist der Wärmetauscher 8 über einen Schmierölkühlkreislauf 13 wärmetechnisch mit dem Lager 4 verbunden.
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Zum Regeln der Kühlfluidteilvolumenströme, die während des Betriebs des Kühlsystems 2 durch den Wärmetauscher 7 und den Wärmetauscher 8 geleitet werden, umfasst das Kühlsystem 2 eine Kühlsystemsteuerung 14. Die Kühlsystemsteuerung 14 ist datentechnisch mit Sensoren 15 und 16 verbunden, die jeweils derart ausgelegt und eingerichtet sind, dass sie den aktuellen Kühlungsbedarf des Generators 3 einerseits und den aktuellen Kühlungsbedarf des Lagers 4 andererseits repräsentierende Messgrößen erfassen. So kann es sich bei dem Sensor 15 beispielsweise um einen Temperatursensor handeln, der die Temperatur des Generators 3 in einem temperaturkritischen Bereich erfasst. Auch der Sensor 16 kann beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet sein und die Schmieröltemperatur beim Verlassen des Lagers 4 erfassen, um nur ein Beispiel zu nennen. Ferner ist die Kühlsystemsteuerung 14 mit den Volumenstromregelventilen 9 und 10 derart verbunden, dass die Volumenstromregelventile 9 und 10 über die Kühlsystemsteuerung 14 betätigbar sind, um die Kühlfluidteilvolumenströme zu verändern, welche die Wärmetauscher 7 und 8 durchströmen.
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Während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Turbinenkraftwerks 1 wird ein Kühlfluid mittels der Pumpe 6 durch den Kühlkreislauf 5 des Kühlsystems 2 gepumpt. Der die Pumpe 6 passierende Kühlfluidvolumenstrom wird in zwei Kühlfluidteilvolumenströme aufgeteilt, wobei die Aufteilung durch die Volumenstromregelventile 9 und 10 festgelegt wird. Die jeweiligen Kühlfluidteilvolumenströme passieren die Wärmetauscher 7 und 8 und nehmen dabei entsprechend Wärme von dem Luftkühlkreislauf 16 und dem Schmierölkühlkreislauf 13 auf. Die erwärmten Kühlfluidteilvolumenströme werden anschließend zum Kühler 11 geleitet, in dem das Kühlfluid rückgekühlt wird. Die in dem Wärmetauscher 7 abgekühlte Kühlluft des Luftkühlkreislaufes 12 wird zum Generator 3 geleitet, wo sie Wärme des Generators 3 aufnimmt, um diesen zu kühlen. Anschließend wird die Kühlluft zurück zum Wärmetauscher 7 geleitet, um die erwärmte Kühlluft wieder abzukühlen. Ähnlich wird im Wärmetauscher 8 das den Schmierölkühlkreislauf 13 durchströmende Schmieröl abgekühlt und dem Lager 4 zugeführt. In dem Lager 4 nimmt das Schmieröl Wärme des Lagers 4 auf, woraufhin es zurück zum Wärmetauscher 8 geleitet wird, wo es wieder abgekühlt wird.
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Während des Betriebs des Turbinenkraftwerks 1 werden die aktuellen Kühlbedarfe des Generators 3 und des Lagers 4 ermittelt. Hierzu erfassen die Sensoren 15 und 16 die Kühlbedarfe repräsentierende Messwerte. Diese Messwerte werden an die Kühlsystemsteuerung 14 weitergeleitet, wo sie mit vorab definierten Grenzwerten zur Ermittlung der Kühlbedarfe verglichen werden. Auf Basis der ermittelten Kühlbedarfe betätigt die Kühlsystemsteuerung 14 die Volumenstromregelventile 9 und 10, um bedarfsgerecht einen größeren oder kleineren Kühlfluidteilvolumenstrom durch die Wärmetauscher 7 und 8 zu leiten, wodurch stets eine ordnungsgemäße Kühlung des Generators 3 und des Lagers 4 gewährleistet wird. Die Leistung des Turbinenkraftwerks 1 insgesamt kann ebenfalls durch eine optimierte Kühlung der Einzelkomponenten optimiert werden.
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Für den Fall, dass beide von den Sensoren 15 und 16 erfassten Messwerte die zugeordneten Grenzwerte überschreiten sollten, besteht ferner die Möglichkeit, den durch das Kühlsystem 2 geleiteten Kühlfluidgesamtvolumenstrom zu erhöhen, indem die Pumpleistung der Pumpe 6 durch die Kühlsystemsteuerung 14 erhöht wird. Ebenso kann der Kühlfluidgesamtvolumenstrom natürlich auch durch Verringerung der Pumpleistung reduziert werden, wenn festgestellt wird, dass die von den Sensoren 15 und 16 erfassten Messwerte einen hinreichenden Abstand zu den zugeordneten Grenzwerten aufweisen.
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Wie es in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet ist, kann das Kühlsystem 2 wahlweise zur Kühlung weiterer zu kühlender Komponenten 18 des Turbinenkraftwerks 1 eingesetzt werden. Bei einer weiteren zu kühlenden Komponente 18 kann es sich beispielsweise um einen weiteren Generator, um ein weiteres Lager, um ein Getriebe, um Peripheriegeräte oder dergleichen handeln. Hierzu kann das Kühlsystem 2 entsprechend mit einem weiteren Wärmetauscher 19, der strömungstechnisch parallel zu den Wärmetauschern 7 und 8 angeordnet ist, und einem weiteren Volumenstromregelventil 20, das über die Kühlsystemsteuerung 16 betätigbar ist, versehen werden.
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Der Wärmetauscher 19 ist analog zu den Wärmetauschern 7 und 8 wärmetechnisch über einen entsprechenden Kühlkreislauf 21 mit der weiteren zu kühlenden Komponente 18 gekoppelt, deren Kühlungsbedarf ebenfalls über einen mit der Kühlsystemsteuerung 14 datentechnisch verbundenen Sensor 22 ermittelbar ist. Da die Kühlung der weiteren zu kühlenden Komponente(n) 18 grundsätzlich der Kühlung des Generators 3 bzw. der Kühlung des Lagers 4 entspricht, wird an dieser Stelle auf Wiederholungen verzichtet.
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Ein wesentlicher Vorteil des Kühlsystems 2 besteht darin, dass sehr flexibel auf sich ändernde Kühlungsbedarfe der einzelnen zu kühlenden Komponenten reagiert werden kann, die beispielsweise auf sich ändernde Fahrweisen des Turbinenkraftwerks 1 und/oder auf Modifikationen zurückzuführen sind, die an einer oder an mehreren der zu kühlenden Komponenten des Turbinenkraftwerks 1 vorgenommenen wurden, indem die Aufteilung der jeweiligen Kühlfluidteilvolumenströme bedarfsgerecht variiert wird. Hierbei wird die zumindest einer Komponente zur Verfügung gestellte Kühlleistung auf Kosten einer zumindest einer anderen Komponente zur Verfügung gestellten Kühlleistung erhöht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
