DE102019216616A1 - Anlage mit elektrischem Speicher zum schnelleren Anfahren einer Dampfturbine und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Durch die Verwendung eines Akkumulators (13), der beim Starten eines Dampfturbosatzes (7) durch den Generator (10) aufgeladen wird, kann der Dampfturbosatz (7) wiederum schneller starten.

Description

  • Die Erfindung betrifft den Einsatz eines elektrischen Speichers, insbesondere ein Akkumulator zum schnelleren Anfahren einer Dampfturbine.
  • Der Anfahrprozess einer Dampfturbine oder eines Dampfturbosatzes erfordert eine hohe thermische Durchwärmung von Bauteilen der Turbine(n).
  • Dazu wird die Dampfturbine auf einer bestimmten, niedrigen Anwärmdrehzahl, im elektrisch netzgetrennten Zustand gehalten, wobei dabei kein Strom ins elektrische Netz eingespeist werden kann aufgrund der zu niedrigen Drehzahl.
  • Diese Durchwärmung bei der Anwärmdrehzahl wird durch den durchströmenden Dampf erreicht, der benötigt und erzeugt wird, die Dampfturbine auf Anwärmdrehzahl zu halten.
  • Eine Beschleunigung (Hochfahren) mit einer nicht durchwärmten Dampfturbine führt zu Schäden.
  • Dieser Vorgang der Durchwärmung nimmt sehr viel Zeit in Anspruch, da die durchströmende Dampfmenge zum Halten der Anwärmdrehzahl sehr gering ist.
  • Der Niederdruckteil wird meist gar nicht durchwärmt, weil die Niederdruckventile infolge des geringen Dampfbedarfs noch geschlossen sind.
  • Die Wartezeit bis die Dampfturbine ausreichend durchwärmt ist und weiter beschleunigt werden kann, kann bis zu 8 Stunden in Anspruch nehmen. Überschüssiger, erzeugter Dampf wird dabei über die Dampfumleitstation abgeführt und im Kondensator ungenutzt niedergeschlagen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 3.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Ein elektrischer Speicher wie insbesondere ein elektrischer Akkumulator belastet im Ladebetrieb einen Generator und somit eine daran gekoppelte Turbinen, wie insbesondere eine Dampfturbine.
  • Dadurch wird zum Halten der Anwärmdrehzahl der Dampfturbine mehr Dampfleistung benötigt, was wiederum zu einer Erhöhung des Dampfdurchsatzes führt, ohne die Drehzahl zu erhöhen. Dadurch wird die Dampfturbine wesentlich schneller durchwärmt und die Energie elektrisch im Akkumulator gespeichert.
  • Sie geht somit nicht über die Dampfumleitstation verloren.
  • Die höhere Dampfmenge wird vorzugsweise aus der ungenutzt niedergeschlagenen Energie entnommen und vorzugsweise nicht zusätzlich erzeugt.
  • Ein Auslauf einer Turbine oder von Turbinen wie insbesondere einer Dampfturbine oder eines Dampfturbosatzes kann bis zu 1,5 Stunden betragen.
  • Aus diesem Konzept (schnellerer Start) mit der gleichen elektrischen Konfiguration ergibt sich auch die Möglichkeit der Rekuperation der Auslaufenergie von Turbinen wie insbesondere eines Dampfturbosatzes.
  • Dabei wird der Generator vom Netz genommen und an den Akkumulator angeschlossen.
  • Diese Auslaufenergie wird über den Generator in elektrische Energie umgewandelt und in den Akkumulator geladen.
  • Der Wellenstrang wird somit schneller abgebremst und durchläuft schneller die kritischen Drehzahlbereiche.
  • Dieses Konzept ist sowohl bei selbsterregten als auch fremderregten Generatoren anwendbar.
  • Vorteile der Erfindung:
    • - Verkürzung der Anwärmzeit der Dampfturbine auf die Hälfte der Zeit
    • - Energierückgewinnung der Auslaufenergie
    • - Reduzierung der Verluste durch Verkürzen und Verringern des Dampfumleitbetriebs
    • - Verlängerung der Lebensdauer der Dampfturbine durch schnelles Durchfahren der kritischen Drehzahlen beim Auslauf
    • - Verbesserung des Anlagenwirkungsgrades und damit Reduzierung von Emissionen
    • - Brennstoffeinsparung durch kürzere Anfahrzeiten und somit geringerer CO2-Ausstoß.
  • Technische Merkmale:
    • - Elektrische Einbindung eines elektrischen Akkumulators in eine Bestandsanlage oder im Rahmen eines Neubauprojekts.
  • Die Höhe der Anwärmdrehzahl erfolgt wie gewohnt im Stand der Technik.
  • Für das schnelle Anfahren wird der Generator wie oben beschrieben zugeschaltet, so dass eine schnelle Durchwärmung stattfinden kann, bevor der Generator an das Netz gekoppelt wird.
  • Je größer die Dampfturbine, desto länger dauert die Anwärmung.
  • Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage 1.
  • Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Dampfturbine oder (Dampf-)Turbosatz wird im Folgenden als äquivalent betrachtet, ebenso die Begriffe: Akku, elektrischer Speicher, Akkumulator, ....
  • In der Figur ist eine beispielhafte Energieerzeugungsanlage 1 dargestellt.
  • Die Energieerzeugungsanlage 1 umfasst zumindest eine Dampfturbine 7, die zumindest einen, insbesondere nur einen Generator 10 zur Erzeugung von Elektrizität 19 aufweist.
  • Die Elektrizität 19 wird im Regelbetrieb über elektrische Netze 20 an Endverbraucher weitergeleitet.
  • Der Generator 10 kann beim Abfahren der Dampfturbine 7 vom elektrischen Netz 20 genommen werden.
  • Der Generator 10 ist beim Starten, also beim Durchwärmen vorzugsweise nicht am elektrischen Netz 20.
  • Gegebenenfalls kann auch eine Gasturbine 4 vorhanden sein, die in einem GuD-Prozess mit der Dampfturbine 7 und Generator 10 gekoppelt ist. Die Gasturbine 4 ist bei einem Schnellstart weniger zeitkritisch als die Dampfturbine 7.
  • Weitere Varianten von Energieerzeugungsanlagen aus Gasturbine 4, Dampfturbine 7 bzw. Turbosatz etc. sowie Multi-Shaft-Anlagen sind ebenfalls denkbar.
  • Hauptmerkmal ist jedoch das Vorhandensein eines elektrischen Speichers 13.
  • Der elektrische Speicher 13 wird durch den Generator 10 beim Auslauf der Dampfturbine 7 oder Dampfturbinenturbosatzes über eine Leitung 16 beladen und/oder beim Halten der Anwärmdrehzahl und beim Anfahren der Dampfturbine 7.
  • Die Leitung 16 kann wahlweise mit dem Generator 10 mittels eines Schalters 17 verbunden werden.
  • Die im Speicher 13 gespeicherte elektrische Energie kann wiederum über Leitungen 25 verwendet werden, um ein oder mehrere Netze 20 zu bedienen oder sie wird intern für die Anlage verwendet (über Leitung 23).
  • Als Wärmequelle für den Dampf kann auch ein „Kessel“ oder Kernreaktor verwendet werden, ist also nicht limitiert auf Gasturbinen.
  • Die Idee kann nicht nur zum Schnellstart verwendet werden, sondern auch für eine „Stand-by“-Lösung, bei der die Dampfturbine auf Anwärmdrehzahl gehalten wird, gut durchwärmt gehalten wird und dann „sofort“ weiter hochgefahren werden kann.

Claims (7)

  1. Energieerzeugungsanlage (1), die zumindest aufweist: eine Dampfturbine (7) und einen Generator (10), wobei der Generator (10) zumindest von der Dampfturbine (7) angetrieben werden kann, sowie optional eine Gasturbine (4), die ebenfalls den Generator (10) antreiben kann, wobei der Generator (10) Elektrizität (19) für elektrische Netze (20) erzeugen kann, wobei ein elektrischer Speicher (13), insbesondere ein Akkumulator (13), vorhanden ist, der (13) an den Generator (10) optional zugeschaltet (17) werden kann, um aufgeladen zu werden, insbesondere wenn der Generator (10) nicht mit dem elektrischen Netz (20) verbunden ist.
  2. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1, bei der die Energie des elektrischen Speichers (13) für elektrische Netze (20) oder für die Energieerzeugungsanlage (1) selbst verwendet werden kann.
  3. Verfahren zum Betreiben einer Energieerzeugungsanlage (1), insbesondere einer Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, die (1) zumindest aufweist: eine Dampfturbine (7), wobei die Dampfturbine (7) für einen schnellen Start durchwärmt sein muss, und einen Generator (10), der zumindest von der Dampfturbine (7) angetrieben wird, sowie optional eine Gasturbine (4), die ebenfalls den Generator (10) antreiben kann oder antreibt, wobei zum schnellen Start der Energieerzeugungsanlage (1) der Generator (10) mit der Dampfturbine (7) und dem Akkumulator (13) gekoppelt wird, so dass eine schnellere Durchwärmung der Dampfturbine (7) erfolgt, wobei der elektrischen Speicher, insbesondere der Akkumulator (13), dadurch aufgeladen wird, und/oder wobei beim Auslaufen der Dampfturbine (7) oder des Dampfturbosatzes (7) der Generator (10) vom elektrischen Netz (20) genommen wird, der dann einen elektrischen Speicher, insbesondere einen Akkumulator (13), auflädt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der zusätzliche Dampf von der Gasturbine (4) erzeugt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der zusätzliche Dampf aus der ungenutzt niedergeschlagenen Energie entnommen und vorzugsweise nicht zusätzlich erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4, oder 5, bei dem als Wärmequelle für den Dampf auch ein „Kessel“ oder Kernreaktor verwendet wird.
  7. Verfahren zum Veränderung einer Energieerzeugungsanlage (1), die zumindest aufweist: eine Dampfturbine (7), wobei die Dampfturbine (7) für einen schnellen Start durchwärmt sein muss, und einen Generator (10), der zumindest von der Dampfturbine (7) angetrieben wird, sowie optional eine Gasturbine (4), die ebenfalls den Generator (10) antreiben kann oder antreibt, wobei ein elektrischer Speicher, insbesondere ein Akkumulator (13), zusätzlich installiert wird, der an den Generator (10) angeschlossen werden kann, um vom Generator (10) aufgeladen zu werden.
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