EP4025773A1 - Anlage mit elektrischem speicher zum schnelleren anfahren einer dampfturbine und verfahren - Google Patents

Anlage mit elektrischem speicher zum schnelleren anfahren einer dampfturbine und verfahren

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EP4025773A1
EP4025773A1 EP20792303.8A EP20792303A EP4025773A1 EP 4025773 A1 EP4025773 A1 EP 4025773A1 EP 20792303 A EP20792303 A EP 20792303A EP 4025773 A1 EP4025773 A1 EP 4025773A1
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EP
European Patent Office
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generator
steam turbine
steam
turbine
electrical
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Withdrawn
Application number
EP20792303.8A
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Inventor
Günther Ebner
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP4025773A1 publication Critical patent/EP4025773A1/de
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
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    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle

Definitions

  • the invention relates to the use of an electrical Spei memory, in particular an accumulator for faster start-up of a steam turbine.
  • the steam turbine is kept at a certain, low warm-up speed, in the electrically disconnected state, whereby no current can be fed into the electrical network because the speed is too low.
  • This heating through at the warming-up speed is achieved by the steam flowing through, which is required and generated to keep the steam turbine at the warming-up speed.
  • the low-pressure part is usually not heated at all because the low-pressure valves are still closed due to the low steam requirement.
  • the waiting time until the steam turbine is sufficiently heated and can be accelerated further can take up to 8 hours. Excess generated steam is discharged via the steam diversion station and deposited in the condenser unused.
  • An electrical storage device such as, in particular, an electrical accumulator, loads a generator in the charging mode and thus a turbine coupled to it, such as a steam turbine in particular.
  • the higher amount of steam is preferably taken from the unused deposited energy and preferably not generated additionally.
  • a turbine or turbines such as, in particular, a steam turbine or a steam turbine set can take up to 1.5 hours to stop.
  • the generator is disconnected from the grid and connected to the accumulator.
  • This leakage energy is converted into electrical energy by the generator and charged into the accumulator.
  • the shaft train is thus braked faster and the critical speed ranges run faster.
  • the level of the heating speed is as usual in the state of the art.
  • the generator is switched on as described above, so that heating can take place quickly before the generator is connected to the grid.
  • the figure shows schematically an installation 1 according to the invention.
  • Steam turbine or (steam) turbine generator is considered equivalent in the following, as are the terms: battery, electrical storage, accumulator, ...
  • An exemplary power generation system 1 is shown in the figure.
  • the energy generation plant 1 comprises at least one steam turbine 7, which has at least one, in particular only one, generator 10 for generating electricity 19.
  • the electricity 19 is passed on to end users via electrical networks 20.
  • the generator 10 can be removed from the electrical network 20 when the steam turbine 7 is shut down.
  • the generator 10 is preferably not connected to the electrical network 20 when it is started, that is to say when it is warmed through.
  • a gas turbine 4 can also be present, which is coupled to the steam turbine 7 and generator 10 in a combined cycle process.
  • the gas turbine 4 is less time-critical than the steam turbine 7 during a quick start.
  • the main feature is the presence of an electrical storage device 13.
  • the electrical storage device 13 is charged by the generator 10 when the steam turbine 7 or steam turbine turbine set is running down via a line 16 and / or when the heating speed is maintained and when the steam turbine 7 is started up.
  • the line 16 can optionally be connected to the generator 10 by means of a switch 17.
  • the electrical energy stored in the memory 13 can be used in turn via lines 25 to one or more To operate networks 20 or it is used internally for the system ver (via line 23).
  • a "boiler” or nuclear reactor can also be used as a heat source for the steam, so it is not limited to gas turbines.

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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

Anlage mit elektrischem Speicher zum schnelleren Anfahren einer Dampfturbine und Verfahren
Die Erfindung betrifft den Einsatz eines elektrischen Spei chers, insbesondere ein Akkumulator zum schnelleren Anfahren einer Dampfturbine.
Der Anfahrprozess einer Dampfturbine oder eines Dampfturbo- satzes erfordert eine hohe thermische Durchwärmung von Bau teilen der Turbine(n).
Dazu wird die Dampfturbine auf einer bestimmten, niedrigen Anwärmdrehzahl, im elektrisch netzgetrennten Zustand gehal ten, 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 An spruch, da die durchströmende Dampfmenge zum Halten der An wärmdrehzahl sehr gering ist.
Der Niederdruckteil wird meist gar nicht durchwärmt, weil die Niederdruckventile infolge des geringen Dampfbedarfs noch ge schlossen 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 un genutzt 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 durch läuft schneller die kritischen Drehzahlbereiche.
Dieses Konzept ist sowohl bei selbsterregten als auch fremd erregten 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 Aus lauf
- Verbesserung des Anlagenwirkungsgrades und damit Redu zierung von Emissionen
- Brennstoffeinsparung durch kürzere Anfahrzeiten und somit geringerer CC^-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 be schrieben zugeschaltet, so dass eine schnelle Durchwärmung stattfinden kann, bevor der Generator an das Netz gekoppelt wird.
Je größer die Dampfturbine, desto länger dauert die Anwär mung.
Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage 1.
Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbei spiele der Erfindung dar.
Dampfturbine oder (Dampf-)Turbosatz wird im Folgenden als äquivalent betrachtet, ebenso die Begriffe: Akku, elektri scher 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 vor zugsweise 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-An lagen 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 Anwärmdreh zahl 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 wie derum über Leitungen 25 verwendet werden, um ein oder mehrere Netze 20 zu bedienen oder sie wird intern für die Anlage ver wendet (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 Dampf- turbine auf Anwärmdrehzahl gehalten wird, gut durchwärmt ge halten wird und dann „sofort" weiter hochgefahren werden kann.

Claims

Patentansprüche
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 durch wärmt 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 an treibt, wobei zum schnellen Start der Energieerzeugungsanlage (1) der Generator (10) mit der Dampfturbine (7) und dem Akkumu lator (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 Dampf- turbosatzes (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) er zeugt 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 durch wärmt 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 an treibt, 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.
EP20792303.8A 2019-10-29 2020-10-01 Anlage mit elektrischem speicher zum schnelleren anfahren einer dampfturbine und verfahren Withdrawn EP4025773A1 (de)

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WO (1) WO2021083603A1 (de)

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