DE102017207394A1

DE102017207394A1 - Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage

Info

Publication number: DE102017207394A1
Application number: DE102017207394.2A
Authority: DE
Inventors: Uwe Müller
Original assignee: Propapier Pm2 GmbH
Current assignee: Propapier Pm2 GmbH
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2018-11-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage (10), wobei die Produktionsanlage (10) eingerichtet ist eine Vielzahl verschiedener Produkte zu fertigen und wobei die Produktionsanlage (10) für die Herstellung der verschiedenen Produkte eine jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahme in Form von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aufweist. Bei dem Verfahren werden Parameter für jedes der Vielzahl der Produkte ermittelt, wobei die Parameter eine Leistungsaufnahme der Produktionsanlage (10) und eine Umstellungszeit umfassen. Anschließend werden Kennzahlen zur Teilnahme am Regelenergiemarkt berechnet, wobei bei der Berechnung die ermittelten Parameter berücksichtigt werden, und die Kennzahlen werden an eine Zentrale übermittelt. Regelenergieanforderungen werden von der Zentrale empfangen und anschließend wird das mit der Produktionsanlage (10) zu produzierende Produkt abhängig von der Regelenergieanforderung ausgewählt, wobei die Produktionsanlage (10) vollständig ausgelastet wird und wobei die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage (10) durch das zu produzierende Produkt vorgegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage, wobei die Produktionsanlage eingerichtet ist eine Vielzahl verschiedener Produkte zu fertigen und wobei die Produktionsanlage für die Herstellung der verschiedenen Produkte eine jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahme in Form von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aufweist.
Stand der Technik
Stromnetze können keine elektrische Leistung speichern. Der Betrieb und Ausbau von Stromnetzen ist die Grundlage dafür, dass der erzeugte Strom zu jeder Zeit dorthin verteilt werden kann, wo er eingesetzt wird. Trotz eines engmaschigen Stromnetzes kommt es nahezu permanent zu Abweichungen zwischen erzeugter Leistung und Leistungsbedarf. Diese Abweichungen sorgen für eine Frequenzverschiebung, welche zu erheblichen Schäden an technischen Anlagen führt und deshalb unbedingt ausgeglichen werden muss. Dafür steht den Netzbetreibern Reserveleistung, die üblicherweise als „Regelleistung“ bezeichnet wird, zur Verfügung. Die dafür angewendete Regelleistung unterteilt sich zum einen in negative Regelleistung, was eine Reduzierung der Erzeugerlast oder Anhebung des Lastbezuges bedeutet und positive Regelleistung. Für positive Regelleistung muss die Erzeugerlast angehoben oder/und der Bedarf gedrosselt werden.
Es werden bei dem Ausgleich mehrere Regelstufen unterschieden. Die Primärreserve wird über die Drehzahlregelung an den elektrischen Generatoren der beteiligten Kraftwerke realisiert. Die Sekundärreserve dient zur Erhaltung der Frequenzstabilität. Die Tertiärreserve, auch als Minutenreserve bezeichnet, dient der wirtschaftlichen Optimierung im Betrieb. Die Primärreserve muss bei einer Regelabweichung sofort zur Verfügung stehen. Die Sekundärreserve muss innerhalb von fünf Minuten und die Minutenreserve innerhalb von 15 Minuten voll zur Verfügung stehen. Die Beschaffung der erforderlichen Regelleistung erfolgt für die deutschen Übertragungsnetzbetreiber über eine gemeinsame Plattform für standardisierte Regelleistungsprodukte im Rahmen des Netzregelverbunds.
Bei bestimmten Produktionsanlagen kann die Leistungsaufnahme an die Verfügbarkeit der erzeugten Leistung angepasst werden. Dies kann beispielsweise durch eine Änderung der Produktionsgeschwindigkeit oder der Auslastung der Produktionsanlage erfolgen. Beispielsweise können Anlagen zur Aluminiumelektrolyse oder der Chlorelektrolyse durch das Absenken der Auslastung der Anlagen in Abhängigkeit des Bedarfs an Regelenergie für das Anbieten einer positiven Minutenreserve genutzt werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass es durch das Absenken der Auslastung zu Produktionsausfällen kommt.
Andere Produktionsanlagen wie Papiermaschinen hingegen können nur blockweise an- und abgeschaltet werden, weil die einzelnen Prozessschritte ineinanderlaufen und daher abhängig voneinander sind. Eine Anpassung des Energiebedarfs einer Papiermaschine an eine wechselnde Verfügbarkeit der Energie ist mit bekannten Verfahren nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage vorgeschlagen, wobei die Produktionsanlage eingerichtet ist eine Vielzahl verschiedener Produkte zu fertigen und wobei die Produktionsanlage für die Herstellung der verschiedenen Produkte eine jeweils unterschiedliche Leistungsaufnahme in Form von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Ermitteln von Parametern für jedes der Vielzahl der Produkte, wobei die Parameter eine produktspezifische Leistungsaufnahme der Produktionsanlage und produktspezifische Umstellungszeit umfassen,
b) Berechnen von Kennzahlen zur Teilnahme am Regelenergiemarkt, wobei bei der Berechnung die ermittelten Parameter berücksichtigt werden, und Übermitteln der Kennzahlen an eine Zentrale,
c) Empfangen von Regelenergieanforderungen von der Zentrale,
d) Auswahl des mit der Produktionsanlage zu produzierenden Produkts abhängig von der Regelenergieanforderung,

Unter einer vollständigen Auslastung der Anlage wird verstanden, dass die Anlage abgesehen von Umstellungszeiten von einem Produkt zu einem anderen zeitlich vollständig für die Produktion von Produkten ausgelastet ist. Des Weiteren wird darunter verstanden, dass die Anlage dabei das jeweilige Produkt mit der üblicherweise vorgesehenen Produktionsrate bzw. Produktionsgeschwindigkeit herstellt.
Die Produktionsanlage kann eine Vielzahl von Komponenten umfassen, wie beispielsweise Antriebe, Heizelemente, Kühlvorrichtungen, Steuereinrichtungen Drucklufterzeuger und Kombinationen aus mehreren dieser Komponenten. Jede dieser Komponenten benötigt für ihren Betrieb Energie, welche abhängig von der Art der Komponente in Form von elektrischer Energie und/oder in Form von Wärmeenergie zugeführt wird. Dabei weist jede Komponente während der Produktion eines Produkts eine bestimmte Leistungsaufnahme auf, die in Watt angegeben wird.
Bei der Produktionsanlage kann es sich beispielsweise um eine Papiermaschine handeln, die für die Produktion verschiedener Papiersorten und/oder Kartonsorten eingerichtet ist. Die verschiedenen Papier- und Kartonsorten unterscheiden sich dabei insbesondere durch ein Flächengewicht, welches in g/m² angegeben wird. Abhängig von der Papiersorte kann weiterhin zwischen der Art und Menge eines Striches und der abschließenden Veredelung unterschieden werden. Abhängig von der herzustellenden Sorte werden die einzelnen Komponenten der Papiermaschine mit anderen Einstellungen betrieben, so dass deren Leistungsaufnahme von Sorte zu Sorte variiert.
Im ersten Schritt a) des Verfahrens ist vorgesehen, für jedes Produkt aus der Vielzahl der Produkte die spezifischen Parameter zu ermitteln. Die Vielzahl der Produkte kann durch alle mit der Produktionsanlage herstellbaren Produkte gegeben sein oder alternativ durch eine Auswahl von mit der Produktionsanlage herstellbarer Produkte gegeben sein. Die zu ermittelnden Parameter umfassen eine produktspezifische Leistungsaufnahme der Produktionsanlage und eine produktspezifische Umstellzeit.
Die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage ist die Summe der Leistungen aller beteiligten Komponenten der Produktionsanlage und ihrer Peripherie. Falls eine Komponente während der Produktion eines Produkts keine konstante, sondern eine zeitlich veränderliche Leistungsaufnahme aufweist, wird für die Ermittlung der Parameter bevorzugt ein Mittelwert eingesetzt.
Die Umstellzeit ist dabei die Zeit, die für eine Veränderung der Leistungsaufnahme der Produktionsanlage durch einen Wechsel des herzustellenden Produkts erforderlich ist.
In Deutschland werden Anforderungen für die Bereitstellung von Regelenergie im Rahmen eines automatisierten Auktionsverfahrens durch eine Zentrale vergeben. Anbieter für Regelenergie übermitteln an die Zentrale, welche Mengen an Regelenergie zu welchem Preis bereitgestellt werden können. Für die Festlegung, welche Art Regelenergie erbracht werden soll, gilt es diverse Parameter zu beachten. Dabei muss die Belieferung mit Regelenergie für eine Teilnahme am Markt für die Sekundärreserve innerhalb von 30 Sekunden anlaufen und innerhalb von 5 Minuten voll zur Verfügung stehen. Für die Bereitstellung von Regelenergie im Rahmen der Minutenreserve wird gefordert, dass die Belieferung innerhalb von 5 Minuten anläuft und nach 15 Minuten die Leistung vollständig zur Verfügung steht.
Wird beispielsweise am Regelenergiemarkt in Deutschland teilgenommen, so wird im Schritt b) ermittelt, welche Mengen an Regelenergie durch eine Produktumstellung innerhalb der vorgeschriebenen 15 Minuten bereitgestellt werden kann. Des Weiteren werden ein Leistungspreis und ein Arbeitspreis berechnet. Bei der Regelenergie kann es sich um negative Regelenergie handeln, welche durch eine Erhöhung der Leistungsaufnahme der Produktionsanlage durch einen Wechsel auf ein Produkt bereitgestellt wird, welches eine höhere Leistungsaufnahme als das gerade produzierte Produkt erfordert. Umgekehrt kann positive Regelenergie bereitgestellt werden, indem die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage gesenkt wird durch einen Wechsel auf ein Produkt, welches eine geringere Leistungsaufnahme erfordert.
Bevorzugt werden bei dem Berechnen gemäß Schritt b) die Kennzahlen unter Berücksichtigung einer Prognose des Bedarfs an Regelenergie derart gewählt, dass die am Regelenergiemarkt teilnehmende Produktionsanlage mit einer Häufigkeit im Bereich von 1 bis 24 mal pro Tag durch die Zentrale für das Bereitstellen von Regelenergie berücksichtigt wird. Alternativ oder zusätzlich können die Kennzahlen derart festgelegt werden, dass die durchschnittliche Dauer der Inanspruchnahme der Regelleistung möglichst einer angestrebten Produktionszeit für die jeweiligen Produkte entspricht.
Durch die angestrebte Häufigkeit wird sichergestellt, dass die Produktionsanlage durch die Zentrale für das Bereitstellen von Regelenergie berücksichtigt wird, wobei jedoch eine zu häufige Anforderung von Regelenergie sich durch eine damit verbundene hohe Anzahl von Umstellungen von einem Produkt zu einem anderen negativ auf die Produktivität der Produktionsanlage auswirkt. Beispielsweise kann bei der Umstellung von einem Produkt auf ein anderes eine gewisse Menge an Ausschuss anfallen. Es wird somit angestrebt, dass durch das gezielte Wechseln der Produktion zwischen verschiedenen Produkten mit der dadurch bereitgestellten Regelleistung Geld erwirtschaftet werden kann, aber es soll auch nicht zu häufig umgestellt werden.
Bevorzugt werden bei dem Berechnen gemäß Schritt b) gewünschte Produktionsmengen der verschiedenen Produkte berücksichtigt. Dies erfolgt insbesondere durch eine zusätzliche oder alternative Festlegung der Kennzahlen derart, dass eine Anpassung der durchschnittlichen Dauer eine Inanspruchnahme an die angestrebte Produktionszeit für die jeweiligen Produkte erfolgt. Die angestrebte Produktionszeit entspricht dabei der Zeit, die für die Produktion der gewünschten Menge des jeweiligen Produkts erforderlich ist. Dadurch wird erreicht, dass in den Fällen, in denen es egal ist, welches Produkt wann produziert wird, die Auswahl an die Bedürfnisse des Stromnetzes angepasst wird.
Gleichzeitig wird aber vermieden, dass bestimmte Produkte, für die kein Markt besteht und die daher nicht abgesetzt werden können, nur deswegen produziert werden, weil die für deren Herstellung erforderliche Leistung gerade vorteilhaft für das Stromnetz ist.
Die gemäß Schritt b) berechneten Kennzahlen werden anschließend an die Zentrale übermittelt, so dass die Produktionsanlage am Markt für Regelenergie teilnimmt. In Deutschland werden dazu insbesondere die Menge an bereitstellbarer positiver und/oder negativer Regelenergie, ein Leistungspreis und ein Arbeitspreis übermittelt.
Solange keine Anforderungen auf Regelenergie erhalten wurden, wird die Produktionsanlage wie üblich gemäß eines Produktionsplanes betrieben. Der Produktionsplan wird dabei abhängig von den benötigten Mengen der verschiedenen Produkte erstellt. Bevorzugt kann bei der Erstellung des Produktionsplanes ein prognostizierter Bedarf an Regelenergie berücksichtigt werden. Wird zu einem bestimmten Zeitpunkt erwartet, dass positive Regelenergie angefordert wird, so kann in dem Produktionsplan vorgesehen sein ein Produkt zu produzieren, welches mit einer hohen Leistungsaufnahme der Produktionsanlage verknüpft ist. Geht dann wie erwartet eine Anforderung für Regelenergie ein, so kann durch einen Wechsel des Produkts eine große Menge an positiver Regelenergie bereitgestellt werden. Umgekehrt ist es bevorzugt, für Zeitpunkte, an denen erwartet wird, dass negative Regelenergie angefordert wird, im Produktionsplan die Produktion eines Produkts vorzusehen, welches mit einer geringen Leistungsaufnahme der Produktionsanlage verknüpft ist.
Wird gemäß Schritt c) eine Regelenergieanforderung von der Zentrale empfangen, so wird für die Bereitstellung der angeforderten Regelenergie ein vom momentan produzierten Produkt verschiedenes Produkt ausgewählt und der Produktwechsel eingeleitet.
Bevorzugt wird bei Empfang einer Anforderung von positiver Regelenergie gemäß Schritt c) im Schritt d) ein Produkt ausgewählt, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt eine geringere Leistungsaufnahme aufweist.
Bevorzugt wird entsprechend bei Empfang einer Anforderung von negativer Regelenergie gemäß Schritt c) im Schritt d) ein Produkt ausgewählt, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt eine höhere Leistungsaufnahme aufweist.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Produktionsanlage somit zeitlich gesehen dauerhaft voll ausgelastet werden, wobei gleichzeitig Regelenergie durch eine Auswahl des herzustellenden Produkts bereitgestellt wird. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen eine Auslastung einer Produktionsanlage bei angeforderter positiver Regelenergie reduziert und bei angeforderter negativer Regelenergie erhöht wird, kann die Produktionsanlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Einbußen bei der Produktivität am Regelenergiemarkt teilnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird das ausgewählte Produkt stets mit der für dieses Produkt vorgesehenen Produktionsrate bzw. Geschwindigkeit produziert. Somit ist nach der Auswahl des herzustellenden Produkts die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage ausschließlich durch das Produkt selbst vorgegeben.
In einer Vorteilhaften Variante des Verfahrens wird von der Produktionsanlage benötigte Wärmeenergie durch Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt, wobei elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist wird.
Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie, die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizzwecke oder für Produktionsprozesse in einem gemeinsamen thermodynamischen Prozess, üblicherweise in einem Heizkraftwerk.
Über das Heizkraftwerk wird somit die für die Produktionsanlage benötigte Wärmeenergie bereitgestellt, wobei gleichzeitig elektrische Energie gewonnen wird. Die elektrische Energie kann ebenfalls zumindest teilweise zum Betrieb der Produktionsanlage eingesetzt werden. Üblicherweise erfolgt dabei eine Einspeisung der elektrischen Energie in ein Stromnetz und die Produktionsanlage entnimmt die benötigte elektrische Energie wieder aus dem Stromnetz.
Die einzelnen Komponenten der Produktionsanlage weisen üblicherweise für die herstellbaren Produkte jeweils unterschiedlich benötigte Leistungen auf, wobei sich die benötigte Leistung auf Wärmeleistung und elektrische Leistung aufteilen kann. Des Weiteren ist es dem Heizkraftwerk in der Regel möglich, eine Aufteilung der erzeugten Gesamtleistung auf gelieferte Prozesswärme und elektrische Energie anzupassen. Wird der von der Produktionsanlage benötigte Anteil an Prozesswärme verringert, so kann die elektrische Leistung des Heizkraftwerks gesteigert werden. Umgekehrt sinkt die vom Heizkraftwerk bereitgestellte elektrische Leistung ab, wenn mehr Energie in Form von Prozesswärme benötigt wird.
Es ist somit möglich, positive Regelenergie durch eine Erhöhung des in Form von elektrischem Strom bereitgestellten Anteils der Leistung des Heizkraftwerks bereitzustellen. Umgekehrt kann negative Regelenergie durch eine Erhöhung des in Form von Prozesswärme bereitgestellten Anteils der Leistung des Heizkraftwerks bereitgestellt werden.
In einer Variante des Verfahrens wird im Schritt a) des Verfahrens die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage über die Summe des Bedarfs an Prozesswärme der einzelnen Komponenten der Produktionsanlage bestimmt. Für den Fall, dass der Bedarf an Prozesswärme zeitlich variiert wird ein Mittelwert verwendet. Für das Ermitteln einer bereitstellbaren Regelleistung bei der Ermittlung der Kennzahlen gemäß Schritt b) wird dieser Wärmeleistung eine äquivalente elektrische Leistung zugeordnet, die das Heizkraftwerk anstelle der Prozesswärme bereitstellen könnte. Die bereitstellbare Regelleistung entspricht dann der Differenz zwischen der dem momentan produziertem Produkt zugeordneten äquivalenten elektrischen Leistung und einer einem für das Bereitstellen von Regelleistung ausgewähltem Produkt zugeordneten äquivalenten elektrischen Leistung.
Bevorzugt wird bei Empfang einer Anforderung von positiver Regelenergie gemäß Schritt c) die bei der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte und in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung erhöht, indem im Schritt d) ein zu produzierendes Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt einen geringeren Bedarf an Leistung in Form von Wärme aufweist.
Bevorzugt wird für die Dauer einer Umstellzeit der Bedarf an Wärme zumindest Teilweise aus einem Puffersystem bereitgestellt, so dass die eingespeiste elektrische Leistung bereits vor dem Abschluss der Umstellung erhöht werden kann.
Üblicherweise wird die Prozesswärme vom Heizkraftwerk in Form von Dampf bereitgestellt. Zum Bereitstellen von elektrischer Energie wird der Dampf über eine Turbine geleitet, die wiederum einen Generator antreibt. Dabei wird der Dampf teilweise entspannt und kann anschließend der Produktionsanlage zum Bereitstellen der Prozesswärme zugeführt werden. Wird die bereitgestellte elektrische Leistung erhöht, wird mehr Dampf über die Turbine geleitet und/oder stärker entspannt, so dass weniger Dampf für das Bereitstellen der Prozesswärme zur Verfügung steht. Entsprechend ist das Puffersystem bevorzugt einrichtet, der Produktionsanlage kurzfristig eine zusätzliche Menge an Dampf und zur Verfügung zu stellen.
Das Puffersystem kann beispielsweise als ein zusätzlich zu einem Hauptkessel des Heizkraftwerks vorgesehener Kessel ausgestaltet sein. Hierfür ist beispielsweise ein Großraumwasserkessel (GWK) geeignet. Großwasserraumkessel zeichnen sich durch einen hohen Wasserinhalt (1 - 30 t) und somit eine hohe Wärmespeicherfähigkeit aus. Durch Nachverdampfung von unter Sattdampftemperatur stehendem Wasser kann ein kurzzeitig schwankender Dampfverbrauch ausgeglichen werden.
Bevorzugt wird bei Empfang einer Anforderung von negativer Regelenergie gemäß Schritt c) die bei der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte und in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung gesenkt, indem im Schritt d) ein zu produzierendes Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt einen höheren Bedarf an Leistung in Form von Wärme aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann bei Empfang einer Anforderung von negativer Regelenergie gemäß Schritt c) die bei der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte und in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung gesenkt werden, indem erzeugter Dampf in die Umgebung abgeleitet und somit nicht zur Bereitstellung elektrischer Leistung eingesetzt wird.
Bevorzugt wird hierzu im Schritt a) des Verfahrens zur Bestimmung der Leistungsaufnahme der Produktionsanlage für jedes Produkt zunächst die erforderliche elektrische Leistung sowie die in Form von Prozesswärme erforderliche Leistung bestimmt. Dabei wird bevorzugt für jede Komponente Der Produktionsanlage für jedes der Produkte die jeweils benötigte elektrische Leistung und die Wärmeleistung bestimmt. Variiert die jeweilige Leistung zeitlich während der Produktion eines bestimmten Produkts, so wird bevorzugt ein Mittelwert verwendet. Anschließend wird der Wärmeleistung eine äquivalente elektrische Leistung zugeordnet, die das Heizkraftwerk bei Entfallen der Prozesswärme zusätzlich bereitstellen kann. Die Ermittelte Leistungsaufnahme des Produkts wird dann für jedes der Produkte bevorzugt definiert als die Summe der elektrischen Leistungen sowie der äquivalenten elektrischen Leistungen für die einzelnen Komponenten der Produktionsanlage.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage mit einem zugeordneten Heizkraftwerk und
2 den Dampfbezug der Produktionsanlage abhängig vom produzierten Produkt.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage 10, der ein Heizkraftwerk 11 zugeordnet ist.
Bei der Produktionsanlage 10 handelt es sich in dem dargestellten Beispiel um eine Papiermaschine. Die Papiermaschine hat eine Produktionskapazität von beispielsweise 650.000 t Papier im Jahr. In dem Beispiel teilt sich die Jahresproduktion auf zwölf unterschiedliche Sorten auf, welche sich hauptsächlich durch ihre flächenbezogene Masse (m_A), auch Flächengewicht genannt, unterscheiden. Die Papiermaschine 10 hat beispielsweise eine maximale elektrische Leistungsaufnahme von 42 MW. Des Weiteren wird der Papiermaschine 10 Wärme in Form von Dampf zugeführt. Die Papiermaschine 10 kann beispielsweise bis zu 140 t Dampf pro Stunde einsetzen, welcher in dem zugeordneten Heizkraftwerk 11 erzeugt wird. Das Heizkraftwerk 11 erzeugt über einen Dampfkessel 12, welcher beispielsweise über Ersatzbrennstoff (EBS) befeuert wird, in dem Beispiel bis zu 170 t Dampf in der Stunde. Der produzierte Dampf 18 wird über eine Turbine 14, die beispielsweise als Teilentnahmekondensationsturbine ausgeführt ist, auf 8 bar entspannt, wobei im Zuge der Entspannung in dem beschriebenen Beispiel nach Abzug des Eigenbedarfs des Heizkraftwerks 11 zwischen 7 und 25 MW elektrischer Leistung entstehen. Diese elektrische Leistung kann der Papiermaschine 10 und/oder einem Stromnetz 24 zugeführt werden. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird die gesamte elektrische Leistung zunächst über eine erste Anbindung 26 dem Stromnetz 24 zugeführt, wobei die Papiermaschine 10 wiederum elektrische Leistung aus dem Stromnetz 24 über eine zweite Anbindung 28 entnimmt. Über eine Teilentnahme 20 wird Dampf aus der Turbine 14 entnommen und der Papiermaschine 10 zugeführt.
Ein Drosseln der Last der Teilentnahmekondensationsturbine ist zu jeder Zeit möglich. Nicht zur Verstromung genutzter Dampf 18 wird in diesem Fall über Hilfskondensatoren entspannt oder, falls die Papiermaschine 10 keinen zusätzlichen Dampf benötigt, in Ausnahmefällen abgeleitet. Eine Erhöhung der elektrischen Ausspeiseleistung ist nicht in jedem Fall ohne Kenntnisse über den spezifischen Dampfbedarf der Papiermaschine 10 möglich. Die Last kann nur erhöht werden, wenn die Papiermaschine 10 weniger Dampf benötigt. Der Dampfbedarf ist in erster Linie von den zu produzierenden Papiersorten abhängig. Die als Teilentnahme 20 gekennzeichnete Dampfmenge ist dabei die Dampfmenge welche die Papiermaschine 10 mit thermischer Energie versorgen kann. Je höher die Teilentnahme 20 ist, desto geringer ist die Dampfmenge für die Verstromung. Beispielsweise senkt eine Erhöhung der Teilentnahme 20 um 7,5 t die Turbinenlast um 1 MW ein.
Um eine Erhöhung der Last möglichst schnell und unabhängig von einer Übergangszeit von der Produktion einer Papiersorte auf eine andere Sorte zu gestatten, ist in vorteilhaften Ausführungsformen ein zusätzlicher Großraumwasserkessel 16 vorgesehen. In dem Großraumwasserkessel kann kurzfristig eine große Menge Dampf erzeugt werden, welcher dann als zusätzlicher Dampf 22 der Papiermaschine 10 zur Verfügung gestellt wird, wenn ein Wechsel auf eine Sorte mit geringerem Dampfbedarf durchgeführt wird, aber noch nicht abgeschlossen ist und gleichzeitig die elektrische Last der Turbine 14 ohne Abwarten der Umstellungszeit erhöht werden soll.
In 2 ist ein Diagramm dargestellt, welches für verschiedene Papiersorten für die in dem Beispiel der 1 beschriebene Papiermaschine die Standardproduktionsrate in t/h und den dafür benötigten Dampfbezug in t/h angibt.
Bei den mit „WS“ bezeichneten Sorten handelt es sich um Wellenstoff und bei den mit „TL“ bezeichneten Sorten handelt es sich um Testliner, welche jeweils zur Herstellung von Wellpappen verwendet werden. Dabei werden Testliner und Wellenstoff zu einer Wellpappe kombiniert.
Unter Beachtung einer Vollversorgung der Papiermaschine 10 mit Prozessdampf können, abhängig von der laufenden Produktion, gemäß dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiels Dampfmengen zur Erzeugung elektrischer Leistung von 7 bis 25 MW frei sein. Neben dem Dampfkessel 12 steht der Großraumwasserkessel 16 zur Verfügung, um Dampfspitzen ausgleichen zu können. Durch die Wahl des mit der Produktionsanlage 10 herzustellenden Produkts kann somit abhängig von der angeforderten Regelenergie die in das Stromnetz 24 eingespeiste elektrische Leistung im Bereich von 7 bis 25 MW variiert werden. Wird positive Regelleistung benötigt, so wird ein Produkt ausgewählt, bei dem die in Form von Dampf bezogene Leistung geringer ist, als die des momentan hergestellten Produkts, so dass die Leistung der Turbine 14 erhöht werden kann. Umgekehrt wird bei Anforderung von negativer Regelleistung die Leistung der Turbine 14 gesenkt, in dem der Dampfbezug der Produktionsanlage gesteigert wird. Dies erfolgt durch Auswahl eines Produkts, welches mehr Dampf erfordert, als das momentan hergestellte Produkt.
In weiteren Ausführungsvarianten ist der Produktionsanlage 10 kein Heizkraftwerk 11 zugeordnet und die Produktionsanlage 10 bezieht die gesamte Leistung in Form von elektrischer Energie aus dem Stromnetz 24. In diesem Fall wird bei Anforderung von negativer Regelleistung ein zu produzierendes Produkt ausgewählt, für das die Produktionsanlage 10 im Vergleich zum momentan hergestellten Produkt eine höhere Leistung benötigt. Umgekehrt wird zum Bereitstellen von positiver Regelleistung ein zu produzierendes Produkt ausgewählt, für das die Produktionsanlage 10 im Vergleich zum momentan hergestellten Produkt eine geringere Leistung benötigt. Im Fall einer Papiermaschine treten Unterschiede in der erforderlichen elektrischen Leistung der Produktionsanlage 10 insbesondere bei der für die jeweilige Sorte erforderlichen Leistung eines Antriebs der Papiermaschine auf. Somit kann zum Bereitstellen von positiver Regelleistung auf eine Papiersorte gewechselt werden, für die eine geringere Antriebsleistung als für die momentan produzierte Papiersorte erforderlich ist. Umgekehrt kann zum Bereitstellen von negativer Regelleistung auf eine Papiersorte gewechselt werden, bei der der Antrieb eine höhere Leistungsaufnahme als bei der momentan produzierten Papiersorte aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Papiermaschine
11: Heizkraftwerk
12: Dampfkessel
14: Turbine
16: Großraumwasserkessel
18: Dampf aus Dampfkessel
20: Teilentnahme von Dampf
22: Dampf aus Großraumwasserkessel
24: Stromnetz
26: erste Anbindung
28: zweite Anbindung

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Produktionsanlage, wobei die Produktionsanlage eingerichtet ist eine Vielzahl verschiedener Produkte zu fertigen, wobei die Produktionsanlage für die Herstellung der verschiedenen Produkte eine unterschiedliche Leistungsaufnahme in Form von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aufweist und das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Ermitteln von Parametern für jedes der Vielzahl der Produkte, wobei die Parameter eine Leistungsaufnahme der Produktionsanlage und eine Umstellungszeit umfassen, b) Berechnen von Kennzahlen zur Teilnahme am Regelenergiemarkt, wobei bei der Berechnung die ermittelten Parameter berücksichtigt werden, und Übermitteln der Kennzahlen an eine Zentrale, c) Empfangen von Regelenergieanforderungen von der Zentrale, d) Auswahl des mit der Produktionsanlage zu produzierenden Produkts abhängig von der Regelenergieanforderung, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage vollständig ausgelastet wird/ bleibt und wobei die Leistungsaufnahme der Produktionsanlage durch das zu produzierende Produkt vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Berechnen gemäß Schritt b) die Kennzahlen unter Berücksichtigung einer Prognose des Bedarfs an Regelenergie derart gewählt werden, dass die am Regelenergiemarkt teilnehmende Produktionsanlage mit einer Häufigkeit im Bereich von 1 bis 24 Anforderungen pro Tag durch die Zentrale für das Bereitstellen von Regelenergie berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Berechnen gemäß Schritt b) gewünschte Produktionsmengen der verschiedenen Produkte berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang einer Anforderung von positiver Regelenergie gemäß Schritt c) im Schritt d) ein Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt eine geringere Leistungsaufnahme aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang einer Anforderung von negativer Regelenergie gemäß Schritt c) im Schritt d) ein Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt eine höhere Leistungsaufnahme aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Produktionsanlage benötigte Wärmeenergie durch Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt wird, wobei elektrische Energie in ein Stromnetz eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang einer Anforderung von positiver Regelenergie gemäß Schritt c) die bei der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte und in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung erhöht wird, indem im Schritt d) ein zu produzierendes Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt einen geringeren Bedarf an Leistung in Form von Wärme aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dauer einer Umstellzeit der Bedarf an Wärme zumindest Teilweise aus einem Puffersystem bereitgestellt wird, so dass die eingespeiste elektrische Leistung bereits vor dem Abschluss der Umstellung erhöht werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Empfang einer Anforderung von negativer Regelenergie gemäß Schritt c) die bei der Kraft-Wärme-Kopplung erzeugte und in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung gesenkt wird, indem im Schritt d) ein zu produzierendes Produkt ausgewählt wird, bei dem die Produktionsanlage im Vergleich zum momentanen Produkt einen höheren Bedarf an Leistung in Form von Wärme aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage eine Papiermaschine ist, welche zur Produktion verschiedener Papiersorten und/oder Kartonsorten eingerichtet ist.