ES2895961T3 - Central de turbinas de gas y de vapor de cogeneración - Google Patents

Central de turbinas de gas y de vapor de cogeneración Download PDF

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Abstract

Central de ciclo combinado de cogeneración (1) que comprende una turbina de gas (10) con generador conectado a la misma (16) para la generación de potencia eléctrica y una caldera de recuperación de calor (20) para la generación de vapor mediante calentamiento de agua de alimentación con el gas de escape de la turbina de gas (10), una turbina de vapor (30) que funciona con el vapor generado en la caldera de recuperación de calor con generador conectado a la misma (31) para la generación de potencia eléctrica, en la que al menos una parte del vapor que sale de la turbina de vapor (30) o del condensado caliente que se genera en la turbina de vapor (30) se evacúa como medio de proceso, caracterizada por que los elementos de regulación (24, 33, 37,38) y sensores (51, 52) necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) están realizados de manera redundante al menos una vez (24', 33', 37', 38', 51', 52') y está previsto un sistema de control (40) que comprende un sistema experto (41) para la determinación de elementos de regulación (24, 33, 37, 38) y/o sensores (51, 52) potencialmente defectuosos, de modo que el sistema experto (41) en caso de comprobar una desviación del comportamiento real del comportamiento esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) determina elementos de regulación (24, 33, 37,38) y/o sensores (51, 52) potencialmente defectuosos y cambia a los elementos de regulación (24', 33', 37', 38') y/o sensores (51', 52') previstos en cada caso de manera redundante.

Description

DESCRIPCIÓN
Central de turbinas de gas y de vapor de cogeneración
La invención se refiere a una central de turbinas de gas y de vapor de cogeneración, en particular en el segmento de potencia media con una potencia eléctrica total del 5 a 15 MW.
Las centrales de turbinas de gas y de vapor (centrales de ciclo combinado) son conocidas en el estado de la técnica. En centrales correspondientes, una turbina de gas impulsa un primer generador para la generación de potencia eléctrica, cuyo calor residual se aprovecha para la generación de vapor, con el que se hace funcionar una turbina de vapor que impulsa un segundo generador para la generación de potencia eléctrica. Centrales correspondientes se usan en particular para la compensación de la carga en redes de distribución eléctricas y disponen para ello, por regla general, de una potencia eléctrica en el intervalo entre 80 y 845 MW por combinación de turbinas de gas-turbinas de vapor.
Es conocido también aprovechar el calor residual generado en una central de ciclo combinado para, por ejemplo, calentar agua para die calefacción urbana. En la cogeneración correspondiente (producción combinada de calor y de energía eléctrica), además de energía eléctrica se proporciona de manera útil también energía térmica. El rendimiento de una central de ciclo combinado con cogeneración con respecto a la generación de energía eléctrica, si bien se reduce a este respecto, en cambio, al considerar tanto la generación de energía eléctrica como la generación de energía térmica, regularmente se puede alcanzar un rendimiento global elevado. Una cogeneración correspondiente es sin embargo útil solamente cuando la central de ciclo combinado se encuentra en las proximidades de un consumidor del calor - por ejemplo la red de calefacción urbana de una ciudad.
Las centrales de ciclo combinado con gran potencia de acuerdo con el estado de la técnica se hacen funcionar bajo observación permanente, independientemente de si tienen o no cogeneración, debido a su potencia e importancia para la seguridad del suministro en las redes de distribución así como otros aspectos de seguridad, en particular debido a las presiones que prevalecen en la central y a los riesgos asociados a ello. Para ello está previsto un trabajo por turnos, en el que cada turno comprende al menos dos personas cualificadas para el funcionamiento de la central.
Por el estado de la técnica se conocen además las denominadas centrales combinadas eléctricas y de calefacción (BHKW) que, según el principio de las centrales de cogeneración generan tanto energía eléctrica como calor útil. Como impulso para un generador para la generación de corriente se usan con frecuencia motores de combustión, el calor residual generado por el motor y/o el generador se utiliza para el calentamiento de agua que se aprovecha directamente in situ, por ejemplo para calefacción. Las centrales combinadas eléctricas y de calefacción correspondientes se usan en edificios de viviendas o locales comerciales y presentan generalmente una potencia eléctrica inferior a 1 MW. Se pueden hacer funcionar sin supervisión permanente, dado que, por un lado el control del proceso (en particular sin alta presión) es poco crítico para la seguridad, por otro lado, regularmente está prevista una conexión a la red a través de la que se puede compensar la potencia eléctrica y el calor en caso de avería de una central combinada eléctrica y de calefacción.
Entre las grandes centrales de ciclo combinado con más de 80 MW de potencia eléctrica por combinación de turbinas de gas-turbinas de vapor y las centrales combinadas eléctricas y de calefacción con menos de 1 MW se han establecido centrales en el segmento de potencia media con una potencia eléctrica global de 5 a 15 MW, que con frecuencia están previstas para el suministro plantas industriales.
Una variante de centrales correspondientes son central de ciclo combinado de cogeneración en el segmento de potencia media con una potencia global eléctrica de 5 a 15 MW, en las que - de manera comparable con las grandes centrales de ciclo combinado descritas anteriormente - una turbina de gas impulsa un primer generador para la generación de energía eléctrica y el gas de escape de la turbina de gas se aprovecha para la generación de vapor, impulsando el vapor a su vez una turbina de vapor y un segundo generador conectado a la misma. El vapor de agua que sale de la turbina de vapor se puede usar adicionalmente como proveedor de calor.
Centrales de ciclo combinado de cogeneración correspondientes en el segmento de potencia media se utilizan en el marco de plantas industriales como suministro de energía independiente y proporcionan, además de la potencia eléctrica para el funcionamiento de las plantas industriales, también vapor de agua que se puede usar directamente en la planta industrial, antes de recircularse, normalmente condensado. Dado que en plantas industriales correspondientes, un suministro continuo tanto con potencia eléctrica como con vapor de agua son necesarios para un funcionamiento adecuado y en caso de avería de la central tampoco se puede recoger sin más de una red de abastecimiento aguas arriba, es necesaria una alta fiabilidad y disponibilidad de centrales de ciclo combinado de cogeneración correspondientes. Para garantizar esto, las centrales de ciclo combinado de cogeneración en el segmento de potencia medio se hacen funcionar de acuerdo con el estado de la técnica - al igual que grandes centrales de ciclo combinado - bajo supervisión permanente. Un funcionamiento de tres turnos necesario para ello no permite sin embargo cubrir los costes en vista de la potencia generada y únicamente se puede justificar por la seguridad operativa alcanzada con ello de la planta industrial aguas abajo.
El documento US 2010/0262263 A1 describe un sistema de control que comprende unidades de control realizadas de manera redundante tres veces. El sistema de control está conectado con una pluralidad de sensores y actuadores, con los que, entre otros, se pueden monitorizar y controlar una turbina y un generador.
El documento US 2014/0172346 A1 se refiere a un equipo informático que está acoplado con un sistema de control de turbinas y mediante la realización de pruebas de redundancia averigua si componentes individuales de una disposición de turbina cumplen una pluralidad de condiciones de prueba.
En el documento EP 2455 596 A2 se proporciona un juego de elementos de modificación retroactiva para un sistema de turbinas que contiene un control de sistema técnico de seguridad. El control de sistema está acoplado con un regulador de generador de turbinas y permite una función de arranque del regulador de generador de turbina basándose en datos de funcionamiento de una turbina.
Es objetivo de la presente invención crear una central de ciclo combinado de cogeneración, en particular en el segmento de potencia media, en la que ya no aparezcan o al menos solo en una medida reducida, las desventajas del estado de la técnica.
Este objetivo se consigue mediante una central de ciclo combinado de cogeneración de acuerdo con la reivindicación principal. Perfeccionamientos ventajosos son objeto de reivindicaciones dependientes.
Por consiguiente, la invención se refiere a una central de ciclo combinado de cogeneración, en particular en el segmento de potencia media con una potencia eléctrica global de 5 a 15 MW, que comprende una turbina de gas con generador conectado a la misma para la generación de potencia eléctrica y una caldera de recuperación de calor para la generación de vapor mediante calentamiento de agua de alimentación con el gas de escape de la turbina de gas, una turbina de vapor que funciona con el vapor generado en la caldera de recuperación de calor con generador conectado a la misma para la generación de potencia eléctrica, en donde al menos una parte del vapor que sale de la turbina de vapor o del condensado caliente que se genera en la turbina de vapor se evacúa como medio de proceso, y en donde está previsto un sistema de control que comprende un sistema experto y los elementos de regulación necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración y sensores están realizados de manera redundante al menos una vez, de modo que el sistema experto en caso de comprobar una desviación del comportamiento real del comportamiento esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración determina elementos de regulación y/o sensores potencialmente defectuosos y cambia a los elementos de regulación y/o sensores previstos en cada caso de manera redundante.
En primer lugar se explican algunos términos usados en relación con la invención:
"KWK" representa "cogeneración". "GuD" es la abreviatura de "Gas- und Dampfturbinen" (turbinas de gas y de vapor).
Para un primer componente existe una "redundancia simple", cuando además del componente en cuestión está previsto también otro componente que puede asumir las tareas del primer componente en caso de fallar. Una "redundancia de dos veces" existe cuando para un primer componente están previstos también otros dos componentes que, en caso de duda, pueden asumir en cada caso por sí mismos las tareas del primer componente. Una redundancia es una "redundancia en frío" cuando el/los componente(s) previstos de manera redundante es o son inactivo(s) en el funcionamiento normal del primer componente.
Una "configuración 2oo3" ("two out of three" (dos de tres)) de sensores significa que los resultados de medición de tres sensores activos se combinan en un resultado de medición mediante un selector de mayoría. Si el resultado de medición de un sensor se desvía del resultado de los otros sensores, el resultado de medición de este sensor es anulado por los resultados de los otros sensores y no se tiene ya en cuenta.
Una desconexión de una central se considera "ordenada" cuando la potencia generada se baja de manera controlada hasta que ya no se genera potencia alguna, en particular ninguna potencia eléctrica.
Una central de ciclo combinado de cogeneración de acuerdo con la invención se caracteriza por que se puede hacer funcionar sin supervisión directa, al menos a lo largo de un periodo de tiempo que permite un funcionamiento en un solo turno de la central, dado el caso también sin trabajo de fin de semana. El sistema experto previsto de acuerdo con la invención asume, en los tiempos sin supervisión directa, la monitorización de la central, que es suficientemente segura debido a los sensores previstos de manera redundante, y en el caso de averiguar mal funcionamiento de elementos de regulación individuales, puede recurrir a elementos de regulación previstos de manera redundante, de modo que en sí no sea necesaria una intervención humana directa en caso de mal funcionamiento de un elemento de regulación para permitir una funcionamiento continuado de la central o al menos una desconexión ordenada. La central de ciclo combinado de cogeneración de acuerdo con la invención se puede hacer funcionar también de manera rentable, debido a que permite un funcionamiento en un solo turno cuando se trata de una central en el segmento de potencia media.
La redundancia de los elementos de regulación es preferiblemente una redundancia en frío. La previsión de redundancia en frío de los elementos de regulación ofrece la ventaja de que no se complica el control fundamental de la central de ciclo combinado de cogeneración mediante componentes que trabajan en paralelo, lo que sirve para la seguridad del control de funcionamiento. Al mismo tiempo, el aumento deseado de la fiabilidad de la central de ciclo combinado de cogeneración se da como tal mediante redundancia en frío.
Para garantizar que los componentes generalmente inactivos de la central de ciclo combinado de cogeneración están operativos en caso de emergencia, el sistema de control puede estar configurado para comprobar regularmente la capacidad funcional de los elementos de regulación previstos de manera redundante. Por ejemplo, todos los elementos de regulación previstos de manera redundante pueden desplazarse de ida y vuelta en un ritmo predeterminado (por ejemplo una vez por semana) entre sus posiciones finales respectivas para comprobar su funcionalidad.
Los sensores necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración - es decir, aquellos cuyos resultados de medición se consideran directamente por el sistema de control durante el control - están previstos preferiblemente de manera dos veces redundante y dispuestos en una configuración 2oo3. Mediante una redundancia de dos veces de ese tipo se puede garantizar un funcionamiento continuado de la central de ciclo combinado de cogeneración también en caso de avería de un sensor relevante para el funcionamiento de la planta. La configuración 2oo3 garantiza que también directamente con la aparición de un mal funcionamiento de un sensor, el sistema de control se abastece con valores de medición correctos.
El sistema de control y/o el sistema experto están realizados preferiblemente asimismo de manera redundante al menos una vez. En el caso de redundancia de dos veces se puede realizar también en una configuración 2oo3. Al estar el sistema de control y/o el sistema experto previstos de manera redundante, el funcionamiento puede hacerse funcionar aún más también en caso de avería de un sistema de control y/o sistema experto.
Se prefiere cuando el sistema de control y/o el sistema experto está configurado para, en caso de persistencia o nueva aparición de una desviación del comportamiento esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración, con control tras el cambio, cambiar de manera ordenada a elementos de regulación y/o sensores la central de ciclo combinado de cogeneración previstos de manera redundante. Una desconexión correspondiente se aplica a la seguridad de la central de ciclo combinado de cogeneración.
Se prefiere cuando para la generación de vapor en la caldera de recuperación de calor está prevista una caldera de gran capacidad de agua, estando previstos los sensores de presión y nivel de agua en la caldera de gran capacidad de agua de manera redundante al menos una vez, preferiblemente de manera redundante al menos dos veces en configuración 2oo3. En la central de ciclo combinado de cogeneración en el segmento de potencia media se usan con frecuencia calderas de gran capacidad de agua en lugar de las calderas tubulares de agua conocidas de las centrales de ciclo combinado con alta potencia, dado que las caldera de gran capacidad de agua son suficiente y al mismo tiempo más económicas para este intervalo de potencia. No obstante, las calderas de gran capacidad de agua del estado de la técnica no disponen de sensores redundantes, por lo que al menos están previstos sensores de presión y nivel de agua redundantes adicionales. Solo debido a este perfeccionamiento de acuerdo con la invención se puede usar una caldera de gran capacidad de agua en el contexto de la central de ciclo combinado de cogeneración de acuerdo con la invención.
Se prefiere que la caldera de recuperación de calor presente una válvula reguladora de agua de alimentación con redundancia al menos una vez, estando prevista preferiblemente una válvula de inversión para cambiar entre la válvula reguladora de agua de alimentación y la válvula reguladora de agua de alimentación redundante. Se puede cambiar a la válvula reguladora de agua de alimentación prevista de manera redundante con ayuda de la válvula de inversión cuando falla la válvula reguladora de agua de alimentación primaria. El cambio completo a través de la válvula de inversión es a este respecto ventajoso para impedir que agua de alimentación llegue de manera irregular a la caldera de recuperación de calor a través de una válvula reguladora de agua de alimentación defectuosa, abierta al menos parcialmente. En el caso de una posible avería de la válvula de inversión, la central de ciclo combinado de cogeneración se puede desconectar de manera ordenada por la válvula reguladora de agua de alimentación activa. La válvula de inversión se puede realizar en particular por dos válvulas de cierre conectadas en paralelo, de las que, normalmente, una válvula de cierre está siempre abierta mientras que la otra válvula de cierre está cerrada.
Preferiblemente está previsto un sistema de agua de alimentación para el suministro de la caldera de recuperación de calor con agua de alimentación y para la recirculación del condensado y/o vapor de aguas desde la turbina de vapor y/o del medio de proceso recirculado. El medio de proceso realimentado al sistema de agua de alimentación llega desde la planta alimentada con el medio de proceso, en donde en el caso de vapor de agua como medio de proceso evacuado el medio de proceso recirculado es, por regla general, condensado. El sistema de agua de alimentación comprende habitualmente un recipiente de agua de alimentación con desaireador así como bombas de agua de alimentación, en donde el desaireador puede estar configurado en principio de cualquier manera de acuerdo con el estado de la técnica. En particular se prefiere en cambio cuando para la desgasificación se usa vapor de agua procedente de la turbina de vapor y con este fin se alimenta al tanque de agua de alimentación.
En el sistema de agua de alimentación están previstas de acuerdo con la invención en cada caso válvula reguladora de vapor y/o válvula reguladora de retorno previstas de manera redundante al menos una vez para la regulación del suministro de vapor desde la turbina de vapor al recipiente de agua de alimentación, en particular con el fin de la desgasificación, y/o del retorno del medio de proceso. También la bomba de agua de alimentación puede estar prevista de manera redundante.
Dado que por diferentes motivos con frecuencia se retroalimenta menos medio de proceso condensado desde la planta conectada al sistema de agua de alimentación del que se proporcionó desde la central de ciclo combinado de cogeneración, puede estar prevista una alimentación de agua con la que, en caso necesario, se alimenta preferiblemente agua desionizada al tanque de agua de alimentación. Mediante una alimentación de agua correspondiente se pueden compensar pérdidas en el medio de proceso.
Preferiblemente, en la conducción para el retorno del medio de proceso y/o la conducción para la alimentación de agua están previstas en cada caso compuertas de cierre controlables por el sistema de control. Mediante compuertas de cierre correspondientes se puede reducir, por ejemplo en caso de superarse valores límite predeterminado para la pureza del agua, el riesgo de un daño del resto de componentes conectados al circuito de agua de alimentación por agua contaminada. La pureza del agua se puede determinar por ejemplo a través de la conductividad del agua. Por regla general se cumple, a este respecto, que la conductividad del agua aumenta al aumentar las impurezas.
Se prefiere cuando están previstos sensores adicionales, no necesarios para el control real de la central de ciclo combinado de cogeneración, que pueden dar indicaciones de posibles averías. Por ejemplo pueden estar previstos sensores para comprobar la pureza de medios de funcionamiento, tales como, por ejemplo, el agua de alimentación, en particular en forma de medio de proceso recirculado y/o agua alimentada, cuyos resultados de medición, si bien no son directamente relevantes para el control del funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración, en cambio pueden proporcionar indicaciones sobre posibles mal funcionamientos de componentes individuales de la central de ciclo combinado de cogeneración o de la planta conectada con la misma.
Se prefiere cuando al menos un circuito de agua de refrigeración comprende un recipiente de expansión con control de mantenimiento de presión automático y unidad de rellenado automática, que están previstos preferiblemente de manera redundante. Si el control de mantenimiento de presión determina que la presión en el circuito de agua de refrigeración baja por debajo de un valor límite predeterminado, se invierte correspondientemente. Si la unidad de rellenado automática determina que no se alcanza el nivel de agua de refrigeración mínimo en el recipiente de expansión, se inicia automáticamente un rellenado de agua de refrigeración para garantizar una refrigeración suficiente. La unidad de control de presión y la unidad de rellenado pueden realizarse al menos en partes también combinadas entre sí.
Se prefiere cuando el sistema de control comprende un módulo de comunicación de disposición para emitir un mensaje a una persona disponible en el caso de una desviación determinada por el sistema experto. A través del módulo de comunicación de disposición, se puede informar a una persona disponible inmediatamente sobre mal funcionamientos de la central de ciclo combinado de cogeneración y en paralelo a una reacción del sistema experto, que permite un funcionamiento continuado de la planta, tomar medidas adicionales para mantener en funcionamiento la central de ciclo combinado de cogeneración. Así, por ejemplo se puede informar a un equipo de trabajadores de reparación de emergencia para que sustituya elementos de regulación y/o sensores defectuosos antes de que sea necesaria una parada de la central de ciclo combinado de cogeneración.
Es posible que el medio de proceso y/o el gas caliente que sale de la caldera de recuperación de calor para la emisión de potencia térmica se conduzcan a través de un intercambiador de calor. A través del intercambiador de calor se puede calentar, por ejemplo, agua que se puede aprovechar entonces para la calefacción urbana.
Se prefiere además cuando entre turbina de gas y caldera de recuperación de calor está previsto un equipo de encendido adicional. Con ayuda de este equipo de encendido adicional se puede reaccionar de manera rápida y flexible a fluctuaciones en la absorción de vapor en la planta suministrada con el medio de proceso.
La invención se describe ahora a modo de ejemplo por medio de una forma de realización ventajosa con referencia al dibujo adjunto. Muestra:
la figura 1: una representación esquemática de una central de ciclo combinado de cogeneración de acuerdo con la invención en el segmento de potencia media.
En la figura 1 está representada esquemáticamente una central de ciclo combinado de cogeneración 1 de acuerdo con la invención. La central de ciclo combinado de cogeneración 1 representada se encuentra en el segmento de potencia media con una potencia eléctrica global de 10 MW. La representación está muy simplificada a este respecto por motivos de claridad y está limitada a una selección de componentes de una central de ciclo combinado de cogeneración 1 en la que se puede explicar suficientemente la invención. En particular, se representa únicamente un circuito de agua de alimentación, mientras que se prescindió de la representación de circuitos de refrigerante y aceite lubricante.
La central de ciclo combinado de cogeneración 1 comprende una turbina de gas 10 con un compresor 11, una cámara de combustión 12 y una turbina 13. En el compresor 11 se comprime aire alimentado a través de la conducción 14, antes de que se mezcle en la cámara de combustión 12 con gas natural alimentado a través de la conducción 15 como combustible. La mezcla de combustible-aire se inflama entonces y el gas de escape caliente impulsa la turbina 13. Conectado con la turbina de gas 10 está un primer generador 16 con el que se convierte la potencia mecánica de la turbina de gas 10 en potencia eléctrica que se emite a través de conducciones no representadas en detalle, dado el caso con ayuda de un transformador.
El gas de escape caliente de la turbina de gas, a través de un equipo de encendido adicional 17, en el que mediante combustión de gas natural alimentado a través de la conducción 18 se puede aumentar la temperatura del gas de escape, se conduce a una caldera de recuperación de calor 20. Desde allí, el gas de escape llega al entorno a través de la conducción 19.
La caldera de recuperación de calor 20 está construida según el principio de una caldera de gran capacidad de agua, es decir, en el interior de una envuelta exterior 21 de la caldera de recuperación de calor 20 está prevista una caldera de gran capacidad de agua 22 que se calienta por gas de escape caliente de la turbina de gas 10 que fluye entre la caldera de gran capacidad de agua 22 y la envuelta exterior. De este modo se calienta por encima del punto de ebullición el agua de alimentación que se encuentra en la caldera de gran capacidad de agua 22 y se genera vapor de agua.
El vapor de agua se alimenta a través de una conducción 23 a una turbina de vapor 30 que está conectada a su vez con un generador 31. La potencia eléctrica generada por el generador 31 se emite a través de conducciones no representadas. Desde la turbina de vapor 30, una parte del vapor de agua llega a través de la conducción 32 y una válvula reguladora de vapor 33 al recipiente de agua de alimentación 34, en particular para la desgasificación, antes de que condense a continuación. El agua ya condensada en la turbina de vapor 30 se retroalimenta a través de una conducción no representada igualmente al recipiente de agua de alimentación 34.
Entre turbina de vapor 30 y recipiente de agua de alimentación 33 está prevista una ramificación 35 para vapor de proceso. Por regla general, una gran parte del vapor de agua procedente de la turbina de vapor 30 se alimenta a través de la ramificación 35 como vapor de proceso a una planta industrial conectada y - con frecuencia tras la condensación - se realimenta a través de la conducción 36 hasta la central de ciclo combinado de cogeneración 1. A través de una válvula reguladora de retorno 37 llega el medio de proceso realimentado al recipiente de agua de alimentación 34. A través de la válvula reguladora de vapor 33 se regula en primer lugar la cantidad de vapor necesaria para la desgasificación en el recipiente de agua de alimentación 34, mientras que a través de la válvula reguladora de retorno 37 se puede regular la cantidad de medio de proceso recirculado desde la planta industrial conectada.
Desde el recipiente de agua de alimentación 34, el agua de alimentación llega a través de una bomba de agua de alimentación 38 hasta una válvula reguladora de agua de alimentación 24 de la caldera de recuperación de calor 20, desde donde el agua de alimentación llega a la caldera de gran capacidad de agua 22, de modo que se ha creado un circuito de agua de alimentación cerrado.
Dado que, con frecuencia, se realimenta menos medio de proceso condensado desde la planta conectada al tanque de agua de alimentación 34 del que se proporcionó a la planta desde la central de ciclo combinado de cogeneración 1 en particular en forma de vapor de proceso, está prevista una alimentación de agua con la que, en caso necesario, se puede alimentar agua desionizada a través de la conducción 39 al tanque de agua de alimentación. Para la regulación de la alimentación está prevista una válvula de alimentación 44. Todos los componentes controlables de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 se controlan a través del sistema de control 40 a través de conducciones de control (no representadas por motivos de claridad). El sistema de control 40 comprende a este respecto un sistema experto 41 y un módulo de comunicación de disposición 42. El sistema experto 41 permite un funcionamiento más seguro de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 también sin supervisión permanente. Para el sistema de control 40 con el sistema experto 41, el sistema de control redundante 40' está dotado asimismo de sistema experto 41' y módulo de comunicación de disposición 42', asumiendo el sistema de control 40' previsto de manera redundante el control de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 cuando falla el sistema de control primario 40 o un componente del mismo o presenta un mal funcionamiento. Para ello, el sistema de control redundante 40' se puede hacer funcionar en paralelo al sistema de control primario 40 en redundancia en caliente para poder saltar inmediatamente en caso de fallo del sistema de control primario 40.
Para permitir el funcionamiento también sin supervisión permanente, en la central de ciclo combinado de cogeneración 1 de acuerdo con la invención, los elementos de regulación necesarios para el funcionamiento están realizados de manera redundante. Así, para la válvula reguladora de vapor 33, la válvula reguladora de retorno 37, la bomba de agua de alimentación 38 y la válvula reguladora de agua de alimentación 24 están previstas en cada caso una válvula reguladora de vapor redundante 33', una válvula reguladora de retorno redundante 37', una bomba de agua de alimentación redundante 38' y una válvula reguladora de agua de alimentación redundante 24'. La redundancia es en cada caso una redundancia en frío.
Antes de las válvulas de regulación de agua de alimentación 24, 24' está prevista una válvula de inversión 25, con la que se puede cambiar completamente de la válvula reguladora de agua de alimentación 24 a la válvula reguladora de agua de alimentación 24' prevista de manera redundante. Esto es útil para evitar un flujo de entrada de agua de alimentación descontrolado hacia la caldera de gran capacidad de agua 22 a través de una válvula reguladora de agua de alimentación 24 defectuosa. A través de la válvula de inversión 25 se puede evitar por completo pasar por la válvula reguladora de agua de alimentación 24 defectuosa y la regulación del flujo de entrada de agua de alimentación tiene lugar exclusivamente a través de la válvula reguladora de agua de alimentación 24' prevista de manera redundante. La válvula de alimentación 44, por el contrario, no es relevante para el funcionamiento seguro de la central de ciclo combinado de cogeneración 1, de tal manera que debería realizarse de manera redundante.
Además, están previstos diversos sensores que están conectados con el sistema de control 40 o el sistema experto 41. Entre estos sensores figuran sensores de presión 51 y sensores de nivel de agua 52 en la caldera de gran capacidad de agua 22, pero también los sensores de pureza del agua 53, 54, de los que uno está dispuesto en la conducción 36 para la recirculación de condensado, el otro en la conducción 39 para la alimentación de agua. Los valores de medición de una parte de los sensores - en concreto sensores de presión 51 y sensores de nivel de agua 52 en la caldera de gran capacidad de agua 22 - se tienen en cuenta directamente en el control de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 mediante el sistema de control 40 para el funcionamiento seguro, mientras que el resultado de medición de los sensores de pureza del agua 53, 54, si bien proporcionan información sobre posibles mal funcionamientos, por ejemplo de la planta conectada y/o de la alimentación de agua, en cambio no tienen que tener en cuenta sus valores de medición en el control real de la central de ciclo combinado de cogeneración 1.
Los sensores 51, 52 necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 están previstos en cada caso dos veces redundantes 51', 52' y conectados en una configuración 2oo3. De esta manera se garantiza que el sistema de control 40 o el sistema experto 41 sea alimentado también en caso de avería de un sensor 51,52, 51', 52' individual, adicionalmente con resultados de medición correctos.
A través de los sensores de pureza del agua 53, 54 se puede comprobar el modo de funcionamiento de la planta conectada o de la alimentación de agua. Sin embargo, un defecto de los sensores de pureza del agua 53, 54 no es directamente crítico para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración 1, debido a que estos sensores no están previstos de manera redundante en el ejemplo de realización representado.
El sistema de control 40 y en particular el sistema experto 41 está configurado para controlar el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración 1. Además, el sistema experto 41 está configurado para determinar un mal funcionamiento de un elemento de regulación y/o de un sensor, determinándose una desviación del comportamiento real de la central de ciclo combinado de cogeneración 1 del comportamiento que cabe esperar basándose en los resultados de medición y el control de los elementos de regulación, pudiendo el sistema experto 41 identificar el potencial elemento de regulación defectuoso o el sensor probablemente defectuoso. En caso tal, el sistema experto 41 puede cambiar al al menos un elemento de regulación o sensor previsto de manera redundante para el elemento de regulación o sensor defectuoso, de modo que la central de ciclo combinado de cogeneración 1 se puede seguir haciendo funcionar. Si el comportamiento desviado tras el cambio correspondiente perdura o aparece de nuevo una desviación, el sistema experto 41 puede desconectar de manera ordenada la central de ciclo combinado de cogeneración 1.
Si el sistema experto 41 determina una desviación del comportamiento real con respecto al esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración 1, a través del módulo de comunicación de disposición 42 se puede enviar también un mensaje correspondiente a una persona disponible que entonces, dado el caso, puede ordenar medidas adicionales necesarias para garantizar el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración 1.
El sistema de control 41 está configurado además para comprobar en cuanto a la capacidad funcional los elementos de regulación en redundancia en frío una vez por semana, activándose los elementos de regulación y desplazándose de ida y vuelta entre sus posiciones finales respectivas.
En el sistema de agua de alimentación están dispuestas compuertas de cierre 60 individuales que se pueden controlar por el sistema de control 40 o el sistema experto 41. Si por el sistema experto 41, a través de los sensores de pureza del agua 53, 54 se determina un empeoramiento de la calidad del agua, se puede impedir mediante cierre de la compuerta de cierre 60 correspondiente que también se dañen por la contaminación otros componentes del circuito de agua de alimentación o de la caldera de recuperación de calor 20. En este caso, la central de ciclo combinado de cogeneración 1 ha de desconectarse de manera ordenada.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Central de ciclo combinado de cogeneración (1) que comprende una turbina de gas (10) con generador conectado a la misma (16) para la generación de potencia eléctrica y una caldera de recuperación de calor (20) para la generación de vapor mediante calentamiento de agua de alimentación con el gas de escape de la turbina de gas (10), una turbina de vapor (30) que funciona con el vapor generado en la caldera de recuperación de calor con generador conectado a la misma (31) para la generación de potencia eléctrica, en la que al menos una parte del vapor que sale de la turbina de vapor (30) o del condensado caliente que se genera en la turbina de vapor (30) se evacúa como medio de proceso, caracterizada por que
los elementos de regulación (24, 33, 37,38) y sensores (51, 52) necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) están realizados de manera redundante al menos una vez (24', 33', 37', 38', 51', 52') y está previsto un sistema de control (40) que comprende un sistema experto (41) para la determinación de elementos de regulación (24, 33, 37, 38) y/o sensores (51, 52) potencialmente defectuosos, de modo que el sistema experto (41) en caso de comprobar una desviación del comportamiento real del comportamiento esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) determina elementos de regulación (24, 33, 37,38) y/o sensores (51, 52) potencialmente defectuosos y cambia a los elementos de regulación (24', 33', 37', 38') y/o sensores (51', 52') previstos en cada caso de manera redundante.
2. Central de ciclo combinado de cogeneración según la reivindicación 1,
caracterizada por que
la redundancia de los elementos de regulación (24, 33, 37, 38) es una redundancia en frío, estando configurado el sistema de control preferiblemente para comprobar regularmente la capacidad funcional de los elementos de regulación (24, 33, 37, 38) previstos de manera redundante.
3. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
los sensores necesarios para el funcionamiento de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) están previstos de manera dos veces redundante y están dispuestos en una configuración 2oo3.
4. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
el sistema de control (40) y/o el sistema experto (41) están realizados de manera redundante al menos una vez.
5. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
el sistema de control (40) y/o el sistema experto (41) está configurado para desconectar de manera ordenada la central de ciclo combinado de cogeneración (1) en caso de persistencia o nueva aparición de una desviación del comportamiento real con respecto al esperado de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) tras el cambio a un elemento de regulación (24', 33', 37', 38') y/o sensores (51', 52') previstos de manera redundante.
6. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
para la generación de vapor en la caldera de recuperación de calor (20) está prevista una caldera de gran capacidad de agua (22), estando previstos los sensores de presión (51) y nivel de agua (52) en la caldera de gran capacidad de agua (22) de manera redundante al menos una vez, preferiblemente de manera redundante al menos dos veces (51', 52') en configuración 2oo3.
7. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
la caldera de recuperación de calor (20) presenta una válvula reguladora de agua de alimentación (24) con redundancia al menos una vez (24'), estando prevista preferiblemente una válvula de inversión (25) para cambiar entre la válvula reguladora de agua de alimentación (24) y la válvula reguladora de agua de alimentación redundante (24').
8. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
está previsto un sistema de agua de alimentación para el suministro de la caldera de recuperación de calor (20) con agua de alimentación y para la recirculación del condensado y/o vapor de agua desde la turbina de vapor (30) y/o del medio de proceso recirculado, comprendiendo el sistema de agua de alimentación preferiblemente en cada caso válvula reguladora de vapor (33, 33') y/o válvula reguladora de retorno (37, 37') prevista de manera redundante al menos una vez para la regulación del retorno de la turbina de vapor y/o del medio de proceso.
9. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
en el sistema de agua de alimentación está prevista al menos una compuerta de cierre (60) controlable por el sistema de control (40).
10. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
están previstos sensores (53) adicionales, no necesarios para el control real de la central de ciclo combinado de cogeneración (1) que pueden dar indicaciones de posibles averías.
11. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
al menos un circuito de agua de refrigeración comprende un recipiente de expansión con control de mantenimiento de presión automático y unidad de rellenado, que están previstos preferiblemente de manera redundante.
12. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
el sistema de control (40) comprende un módulo de comunicación de disposición (42) para emitir un mensaje a una persona disponible en el caso de una desviación constatada por el sistema experto (41).
13. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
el medio de proceso y/o el gas caliente que sale de la caldera de recuperación de calor para la emisión de potencia térmica se conducen a través de un intercambiador de calor.
14. Central de ciclo combinado de cogeneración según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada por que
entre turbina de gas (10) y caldera de recuperación de calor (20) está previsto un equipo de encendido adicional (17).
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