WO2015086051A1 - Verfahren zur leistungsregelung von dampferzeugern zur stromerzeugung und/oder wärmebereitstellung - Google Patents

Verfahren zur leistungsregelung von dampferzeugern zur stromerzeugung und/oder wärmebereitstellung Download PDF

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PCT/EP2013/076142
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Horst Hoffmann
Ulrich Schulze
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Rwe Power Aktiengesellschaft
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/08—Reinforcing means for header boxes

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the power of steam generators for power generation and / or heat supply, preferably to such steam generators, which include boilers fired with fossil or organic fuels, taking into account the use of steam and / or water-operated cleaning facilities for the
  • the method for controlling the capacity of steam generators according to the present invention also includes the power control of steam generators with combustion plants for the combustion of residues, co-incineration of residues and for the incineration of refuse.
  • the method for regulating the capacity of steam generators according to the invention comprises, in particular, the power control on such steam generators, which are frequently operated in the area of maximum power.
  • the rated output is the highest continuous electrical power (or at
  • Nominal conditions see VGB guideline RV 809.
  • the rated capacity of a steam generator is statically determined and corresponds to the design value of the steam generator. This differs from the bottleneck performance, which is also specified as continuous performance under normal conditions and is limited by the weakest part of the investment (bottleneck) over longer periods of time. (see VGB Guideline RV 809).
  • the terms "rated power” and “bottleneck power” are used interchangeably to denote a nominally limited electrical power.
  • Steam and / or water-operated cleaning devices in the sense of the present application are in particular steam blowers or
  • Waste incineration plants are subject to increasing boiler pollution due to ash-forming substances in the fuel. This contamination must therefore be in operation with water and / or steam-powered
  • Cleaning facilities are cleaned.
  • the steam required for cleaning is usually decoupled from the plants as process steam. If the cleaning is not carried out on time or clearly too late, deposits which i.a. on melting, sintering of deposits or chemical
  • a method for controlling a water lance blower which in particular takes into account the wear problem is, for example, from
  • DE 10 2006 022 627 A1 Since the cleaning of the combustion chamber walls is accompanied by a certain thermal stress on the wall regions to be cleaned, DE 10 2006 022 627 A1 describes a cleaning process in which only a surface area of the steam generator bounded in terms of area and circumference is cleaned. A similar
  • Power plant blocks can be combined to form a power plant.
  • the invention is therefore based on the object, a method for
  • An additional aspect of the invention relates to an overarching
  • boiler used in the present application is used synonymously for the term “steam generator”.
  • the method for regulating the power of steam generators for power generation and / or heat supply takes into account the use of steam and / or water-operated cleaning devices during operation of the steam generator, comprises the following method steps:
  • a prognosis is to be understood such that a cleaning time and / or
  • Effectiveness of the heating surfaces is suitable, excessive Material wear and / or prevent an unscheduled plant downtime.
  • an effectiveness prognosis can be based on changing measured values of the temperature of the heating surfaces associated with a contamination.
  • a change in the desired cleaning process is in particular a
  • the target cleaning process is changed to the extent that at the originally planned time the intervention in the steam generator is changed to the actual output of the steam generator in terms optimally adapted to the load forecast.
  • a load forecast within the meaning of the present invention is a forecast of a probable demand (load) to the steam generator for
  • the load forecast may be, for example, by a network operator, a redistributor, a
  • the load forecast preferably takes into account whether and with which
  • Load forecasting and availability forecasting are preferably adapted to each other within the scope of several iterations.
  • Steam generator or the relevant power plant block can be. This is based on the knowledge that the actually available
  • the power is also dependent on the calorific value of the fuel used, for example, when using coal as a fuel, the performance depends on the coal quality used.
  • a change in coal quality can be, for example, a change in the
  • Bottleneck performance around for determining a cleaning time and cleaning cycle
  • Determining a cleaning time and cleaning cycle is consulted, such that an optimal cleaning time determined from the point of view of effectiveness in terms of technical availability of the steam generator and / or an optionally determined optimum cleaning time is shifted in a load-dependent manner in the sense of a proportion of the surfaces to be cleaned.
  • the intensity of the cleaning process can be increased or decreased. This is based on the consideration that at peak demand in the network maximum possible power output of the boiler is desirable, so that in these time windows
  • time slots available for a cleaning and / or a cleaning cycle can be used according to the invention in the sense of full load optimization as a function of
  • Electricity needs to be postponed or optimized. That is, for example, that an optimum cleaning time, if it falls in a phase of peak load requirements, may optionally be shifted so that this falls into a phase of lower load requirements of the steam generator, in the course of course then the electricity price, which is demand-dependent, is lower.
  • the demand-based cleaning and the resulting reduced power of the steam generator is coupled to the current power requirement and the resulting electricity price or to the current heat demand.
  • the Schund generator recorded and / or measured.
  • the Schundtemperaturen can, for example, to determine the state of contamination of the
  • Heating surfaces are used, these can be determined for example by means of the known thermal imaging.
  • the wall temperature of the firebox can be used as an indicator of the fouling of the firebox serve.
  • the temperature of the heating surfaces can be measured, for example, with suitable temperature sensors.
  • the load forecast for the steam generator is created as a function of meteorological forecast data. It is generally known that in certain weather conditions less electricity from renewable
  • the load forecast is based on a forecasted heat demand.
  • a load forecast need not necessarily be due to meteorological
  • Predictions can be made, for example, the load can be predicted due to the planned connection or disconnection of industrial electricity and / or heat consumers. For example, when starting a production plant for the production of aluminum considerable amounts of electricity are needed, so that the startup of such a system represents a predictable load case. With predicted heavy load in the power grid, a target cleaning process can be suppressed and / or mitigated and / or moved and / or shortened, with predicted light load, a target cleaning process can be brought forward and / or intensified. Under a target cleaning process in the context of the present application is a cleaning process to understand the due to the effectiveness of a given
  • Cleaning time is useful and desirable, but at this time is not mandatory.
  • Such a mandatory cleaning process to a mandatory to be observed cleaning time is only such a cleaning process that falls below a predetermined Minimum effectiveness of the heating surface or when exceeding a maximum allowable contamination of the heating surface is triggered.
  • the cleaning intensity can be reduced or increased, for example, by controlling the water pressure when using water lances blowers.
  • the term of cleaning in the sense of the present application is the beginning of a cleaning cycle.
  • Solltherapiesvorgang which in one
  • Cleaning process can also be used as an input to the fuzzy controller.
  • the load forecast is preferably displayed as electricity price forecast.
  • the electricity price forecast is then used as the input variable in the fuzzy controller.
  • diagnostic systems such as heat surface efficiency oriented Ru ßblas management systems or For example, infrared camera-guided cleaning systems, the technical cleaning needs and the technically optimized cleaning time is determined and the control technology for controlling the cleaning equipment
  • the technical cleaning requirement is the need for cleaning resulting from the effectiveness prognosis, as already explained above.
  • the load forecast can be created as a heat demand forecast, for example, seasonally or depending on the connection and disconnection of industrial customers.
  • a load regulator for example, a device for
  • the time and technical scope for action is determined and, for example, coupled with the price development and the demand on the electricity market. This then results in a price-optimized and demand-optimized cleaning plan, which then allows, at times with high prices on the electricity market, as possible no lower loads and the cleaning facilities in
  • the proceeds / prices resulting from the electricity market or heat demand are estimated, the reasonable cleaning cycles are determined and an optimum of both criteria is sought and controlled.
  • the control of the cleaning systems can then be done automatically by the diagnostic systems and / or control technology, or forwarded as a recommendation to the operating team, which then performs the control.
  • a desired cleaning process is shifted into a period of forecasted high availability.
  • the higher maximum possible output of the steam generator considered. This is particularly advantageous if the higher maximum possible power is not already included in the availability forecast, but only at short notice due to changed parameters that are otherwise performance limiting.
  • performance-limiting factors of the steam generator are monitored and taken into account in the preparation of the availability forecast and in the current control. These are, for example, the calorific value of the fuel, the amount of live steam, live steam temperature, reheater temperature, reheater pressure, reheater amount and / or
  • Power control of the steam generator is created and the steam generator is controlled by the control plan in its performance. There is thus a desired-actual control of the steam generator.
  • the control of the power of the steam generator is possible in a conventional manner via frequency control and secondary power control behind a generator. In this case, the power control takes place via the control of electrical power, which is discharged from a steam generator downstream generator in a power grid.
  • the load forecast, availability forecast, and effectiveness forecast are made for periods of hours and days, preferably for periods between about 0 to 24 hours for the current day and between about 0 to 48 hours for the following days.
  • control plan can be submitted as a roadmap for the mode of operation of the steam generator in the form of a daily schedule for a subsequent day, at which then the control of the steam generator based on the Control plan is carried out, the control plan specifies the reference variables for the performance of the steam generator.
  • the availability forecast contains additional service options and / or options for the provision of
  • Control energy are taken into account.
  • Supplementary performance options are, in particular, those which at least temporarily increase the performance of the service
  • Steam generator allow, but may be associated with a lower efficiency of the steam generator.
  • An example of such a supplemental performance option is the shutdown of preheaters. This will be a
  • the power bands of the steam generator can be specified in more detail, in which the control power can be provided.
  • the method according to the invention makes it possible to use the full load potential of a steam generator in the sense that it is also possible to dispose of a maximum power lying above the rated power / bottleneck capacity of the steam generator.
  • the better predictability of performance allows for a narrower band of security in the performance offered. Without availability forecast, it would be necessary to set the nominal capacity of the
  • Balancing group management Basically, there is a requirement
  • a method for power control of steam generators for power generation and / or heat supply is provided in which at least one steam generator and a system for the provision of
  • Control energy to a virtual balancing group are summarized.
  • the plant for the provision of control energy can be any type of energy producer that is able to provide on request a sufficient, previously defined power within a given period of time. Decisive for the suitability are therefore above all the maximum power as well as the possible starting ramp for achieving the maximum power.
  • the plant for the provision of control energy may be another steam generator, a pumped storage power plant or disconnectable services.
  • the inventive method then includes the creation of a
  • This method has the advantage that the steam generators can be driven in contrast to previously with their maximum power and none Have to provide control energy. This allows one
  • control plan is prepared for future periods, for example, for periods measured by hours and days, preferably for periods between about 0 to 24 hours for the current day and between about 0 to 48 hours for the following days.
  • the availability forecast is preferably set up as a function of the ambient temperature and / or the fuel quality as described above, since these parameters have a considerable influence on the available power.
  • Net generator power of the steam generator or monitors monitored It is sufficient to monitor one of the two power values, as the corresponding value of the system can be used to deduce the other value.
  • the plant for the provision of control energy is then regulated so that it compensates for a difference in production compared to the control plan and the balancing group is thus balanced at all times.
  • the availability forecast contains additional service options and / or options for the provision of
  • Control energy are taken into account.
  • Supplementary performance options are, in particular, those which at least temporarily increase the performance of the service
  • Steam generator allow but may be associated with a lower efficiency of the steam generator.
  • An example of such a supplementary Performance option is the shutdown of preheaters. This will be a
  • Supplementary performance options can be used in particular for the provision of control energy.
  • Figure 1 shows a performance diagram of a steam generator over a period of 24 hours, plotting the maximum possible electrical output of the steam generator as gross output; electric power of the generator as gross power, the electric power of the steam generator as net power and the control plan for the period concerned, hereinafter referred to as the timetable,
  • Figure 2 is a block diagram of a control and forecast of the
  • Figure 3 shows an example of a control plan or schedule over several days, the electric power is plotted against a time scale and Figure 4 shows the representation of the electrical power of a steam generator over a period of 16 hours, the maximum possible gross capacity of the steam generator, the maximum possible Power of the steam generator minus the for
  • gross generator output and "net generator output” refers to the gross generator output that refers to the electrical power at the terminals of the generator that is available as electrical power.
  • the net generator power is the power that is actually fed into an electrical grid. The difference between
  • Net generator power and gross generator power is the power that is diverted to the operation of the steam generator itself before the electrical grid.
  • the control of the steam generator is usually based on the gross generator power on the basis of existing data, which can be closed to the net generator power back.
  • the rated output of the steam generator is the nominal electrical output for which the steam generator is designed.
  • the maximum possible electrical power is the power that the steam generator is able to actually perform depending on the outside temperature or ambient temperature and the fuel quality and the effectiveness of the heating surfaces. If the heating surfaces are cleaned during operation of the steam generator, the actual maximum possible power during the cleaning process falls, for example, for a steam generator with a nominal electrical capacity of 300 MW (megawatt) by about 15 to 30 MW, depending on the type
  • the cleaning can, for example, the cleaning of the arranged in a furnace each opposite a cleaning device
  • the example described below is based on a device for controlling a steam generator with a lignite dust firing
  • the steam generator or power plant block has a rated output of 300 MW.
  • Figure 1 are plotted over a past period of 24 hours, the maximum gross power of the power plant block (steam generator P M B), the actual generator power gross P G B, the actual generator power net PQN and the control plan or schedule of scheduled power grid for the power PDI S P O -
  • the power plant block or steam generator is denoted by 1, meaning the physically existing power plant block.
  • the power plant block 1 comprises a furnace or boiler with a water-steam cycle and at least one steam-operated generator, which feeds electrical current into the power network designated 2.
  • the control of the power plant block 1 comprises a furnace or boiler with a water-steam cycle and at least one steam-operated generator, which feeds electrical current into the power network designated 2.
  • Power plant block 1 via the 3 schematically illustrated Power plant control technology over which the load control and the control of cleaning devices 4 takes place.
  • the power plant control system 3 is preceded by a virtual power plant block 5 in the form of a virtual plant model.
  • the virtual power plant block includes the virtual mapping of all physical measurement. Monitoring and diagnostic facilities for the
  • Power plant block 5 are combined in a database 6, which communicates with a load controller / optimizer 7.
  • the load controller 7 is designed as a software-based neural system with at least one fuzzy controller and comprises a web-based user interface. In this load regulator go the
  • Plant characteristics and consumption from the virtual power plant block 6 which also maps the diagnostic systems of the power plant block 1.
  • Load controller 7 the effectiveness forecast, the load forecast and the
  • Availability forecast will be based on data from the
  • Power Plant Planning 9 which considers weather data and anticipated market requirements. Furthermore, the load controller 7 creates an availability forecast 8 or resistance prediction, which in turn is taken into account in the power plant deployment planning 9, as a result of the availability forecast 8 and load requirements 10 of the electricity market, a roadmap 1 1 is created in the form of a control plan in the power plant 3 as Reference variable for the control of the
  • Power plant block 1 is taken into account.
  • Diagnostic data are mapped in the virtual power plant block 5 and stored in the database 6. Based on these data is in the load controller. 7 an effectiveness prognosis is created, on the basis of the effectiveness prognosis a target cleaning time is determined. Taking into account a load forecast as a function of the electricity demand and possibly taking into account a maximum power of the steam generator which is expected to be available
  • an availability prognosis 8 or loadability prognosis can be created by the load controller 7, which is taken into account for the creation of an optimized schedule 1 1, wherein the optimized schedule 1 1 an optimized strength of
  • FIG. 4 shows a diagram that approximately corresponds to the diagram shown in FIG. 1, where the maximum possible gross power P M B of the power plant block 1, the maximum possible power output P M B of the power plant block 1, is shown
  • Gross power of power plant block 1 after soot blasting PMBR, the gross generator PGB and the disposable power PDI S P O are plotted according to the control plan or timetable 1 1.
  • the shaded area shows the gained load potential considering the maximum availability of the
  • Power plant block 1 the shaded areas between P M B and P M BR

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung unter Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtung während des Betriebsdampferzeugers. Das Verfahren umfasst die Überwachung von Zustandsgrößen des Dampferzeugers, die mittelbare oder unmittelbare Rückschlüsse auf die Effektivität und/oder den Verschmutzungszustand von Heizflächen des Dampferzeugers zulassen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erstellen einer Effektivitätsprognose anhand der gemessenen und/oder ermittelten Zustandsgrößen, das Erstellen einer Lastprognose als Funktion des Strombedarfs und/oder des Wärmebedarfs, das Erstellen einer Prognose über die voraussichtlich verfügbare Maximalleistung des Dampferzeugers als Verfügbarkeitsprognose und als Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Brennstoffqualität und das Bestimmen eines optimalen Reinigungszeitpunkts als Funktion der Effektivitätsprognose, wobei in Abhängigkeit der Lastprognose und der Verfügbarkeitsprognose ein nach der Effektivitätsprognose einzuleitender Soll-Reinigungsvorgang verschoben oder unterdrückt und/oder verkürzt oder verlängert und/oder intensiviert oder abgeschwächt wird, unter der Bedingung, dass eine vorgegebene Mindesteffektivität der Heizflächen des Dampferzeugers nicht unterschritten wird und/oder eine vorgegebene maximal zulässige Verschmutzung der Heizflächen nicht überschritten wird.

Description

Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmbereitstellung, vorzugsweise an solchen Dampferzeugern, welche Kessel umfassen, die mit fossilen oder organischen Brennstoffen befeuert werden, und zwar unter Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen für die
Heizflächen des Dampferzeugers während dessen Betriebs.
Das Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst auch die Leistungsregelung an Dampferzeugern mit Feuerungsanlagen zur Verbrennung von Reststoffen, zur Mitverbrennung von Reststoffen sowie zur Verbrennung von Müll.
Das Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern gemäß der Erfindung umfasst insbesondere die Leistungsregelung an solchen Dampferzeugern, die häufig im Bereich der maximalen Leistung betrieben werden. Als Nennleistung wird die höchste elektrische Dauerleistung (bzw. bei
Wärmeerzeugern die Wärmeleistung) des Dampferzeugers unter
Nennbedingungen bezeichnet (vgl. VGB-Richtlinie RV 809). Die Nennleistung eines Dampferzeugers ist statisch festgelegt und entspricht dem Auslegungswert des Dampferzeugers. Davon unterscheidet sich die Engpassleistung, die ebenfalls als Dauerleistung unter Normalbedingungen angegeben wird und durch den jeweils leistungsschwächsten Anlageteil (Engpass) über längere Zeiträume begrenzt wird. (vgl. VGB-Richtlinie RV 809). Im Folgenden werden die Begriffe „Nennleistung" und„Engpassleistung" synonym verwendet, als Kennzeichnung einer nominell begrenzten elektrischen Leistung.
Unter dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind insbesondere Dampfbläser bzw.
Dampflanzenschraubbläser, Eco-Dampfbläser, Wasser-/Dampfkanonen,
Wasserlanzenbläser und Wasserbläser zu verstehen. Üblicherweise werden mit Wasserlanzenbläsern die Strahlungsheizflächen des Feuerraums eines Dampfkessels während des Betriebs abgereinigt, mit
Dampfbläsern und ähnlichen Gerätschaften werden die Nachschaltheizflächen eines Dampfkessels gereinigt.
Feuerungsanlagen für fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung und
Wärmenutzung, Mitverbrennungsanlagen von Reststoffen sowie
Müllverbrennungsanlagen unterliegen wegen aschebildender Substanzen im Brennstoff einer zunehmenden Kesselverschmutzung. Diese Verschmutzung muss daher im laufenden Betrieb mit wasser- und/oder dampfbetriebenen
Reinigungseinrichtungen abgereinigt werden. Der zur Reinigung erforderliche Dampf wird meist als Prozessdampf aus den Anlagen ausgekoppelt. Erfolgt die Reinigung nicht rechtzeitig oder deutlich zu spät, führen Ablagerungen, die u.a. auf Aufschmelzungen, Versinterungen der Ablagerungen oder chemische
Prozesse zurückzuführen sind, zu bleibenden Verkrustungen, die den
Wärmeübergang und den Wirkungsgrad der Anlagen deutlich verschlechtern.
Je nach Art und Umfang der Ablagerungen muss eine mechanische /
hydraulische Abreinigung während eines geplanten Stillstandes des
Dampferzeugers erfolgen. Dabei entstehen teilweise erhebliche Kosten sowie Verfügbarkeitsverluste. Zusätzlich kann ein unbeabsichtigter Abwurf größerer Anbackungen beispielsweise auf den Nachschaltheizflächen zu mechanischen Schäden am Kessel führen.
Eine gezielte und geeignete Reinigung während des Betriebes des
Dampferzeugers ist daher unerlässlich. Dabei sollte möglichst der verschmutzte Bereich im Kessel zielgenau und bedarfsgerecht gereinigt werden, da sowohl eine unzureichende Reinigung den Zustand der Anlage verschlechtert, als auch eine übermäßige Reinigung. Eine übermäßige Reinigung geht mit einem erhöhten Verschleiß der betreffenden Anlagenteile einher, was ebenfalls nicht
wünschenswert ist. Der für den Betrieb der Reinigungseinrichtung benötigte Dampf steht zur
Stromerzeugung nicht zur Verfügung, weswegen eine solche Dampfanzapfung mit Leistungsverlusten gleichzusetzen ist. Der Einsatz von Wasser zur Abreinigung der Kesselwände/Strahlungsheizflächen kühlt die Kesselwände ab und entzieht dem System Wärme, die sonst der Stromerzeugung oder Wärmenutzung dienen würde, so dass auch dieser
Reinigungsvorgang in der Regel mit einer Leistungseinbuße verbunden ist. Da die genaue Bestimmung der verschmutzten Flächen im Sinne einer
Abgrenzung gegenüber nichtverschmutzten Flächen mit einer gewissen
Unschärfe behaftet ist, muss häufig ein größerer Bereich gereinigt werden. Dabei werden dann auch saubere Flächen mit Dampf oder Wasser bestrahlt, die dann überproportional abkühlen und die Dampfproduktion stören. Die Reinigung von sauberen Heizflächen ist verschleißträchtig und sollte möglichst vermieden werden.
Schließlich führt der Wasser- und Dampfeinsatz häufig zum Abfall der
Frischdampf- und Zwischenüberhitzertemperaturen, was wiederum
Leistungseinbrüche und Wirkungsgradverluste nach sich zieht.
Ein Verfahren zur Steuerung eines Wasserlanzenbläsers, welches insbesondere der Verschleißproblematik Rechnung trägt, ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 022 627 A1 bekannt. Da mit der Reinigung der Feuerraumwände eine gewisse thermische Beanspruchung der zu reinigenden Wandbereiche einhergeht, wird in der DE 10 2006 022 627 A1 ein Reinigungsverfahren beschrieben, bei welchen nur ein flächen- und umfangsmäßig eingegrenzter Verschlackungsbereich des Dampferzeugers gereinigt wird. Ein ähnliches
Verfahren ist beispielsweise aus der DE 281453 B5 bekannt. Ein anderes
Verfahren zur Steuerung des Betriebes einer Wasserlanze für die Reinigung einer Feuerungswand ist beispielsweise aus der DE 41 39 838 A1 bekannt.
Bei den bekannten Verfahren zur Steuerung von Reinigungseinrichtungen ist es überwiegend das Ziel, die Kesselverfügbarkeit solange wie möglich zu gewährleisten, ohne dass ein Anlagenstillstand eintritt, der mit größeren
Verfügbarkeitsverlusten verbunden ist.
Mit der zunehmenden Einspeisung von Strom, der aus sogenannten
erneuerbaren Energieträgern erzeugt wurde, ergeben sich zunehmend starke Bedarfsschwankungen auf dem Strommarkt, so dass es wünschenswert ist, auch Dampferzeuger, die üblicherweise der Grundlastversorgung am Strommarkt dienen, so zu betreiben, dass möglichst alle Lastpotenziale des betreffenden Dampferzeugers nutzbar sind.
Unter einem Dampferzeuger im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Kraftwerksblock mit einer Feuerungseinrichtung und einem zugehörigen Wasser- Dampfkreislauf zu verstehen. Mehrere Dampferzeuger beziehungsweise
Kraftwerksblöcke können zu einem Kraftwerk zusammengefasst sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Leistungsregelung von Dampferzeugern bereitzustellen, welches unter
Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen
Reinigungseinrichtungen während des Betriebs des Kessels beziehungsweise des Dampferzeugers sowohl eine optimale Leistungsausbeute als auch eine optimale Effektivität des Dampferzeugers gewährleistet.
Ein zusätzlicher Aspekt der Erfindung betrifft eine übergreifende
Leistungsregelung von mehreren Anlagen zur Stromerzeugung unter optimaler Berücksichtigung der Anforderungen an die kurzfristige Bereitstellung von Regelenergie.
Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff Kessel wird synonym für den Begriff „Dampferzeuger" verwendet.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen. Das Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung unter Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen während des Betriebs des Dampferzeugers umfasst folgende Verfahrensschritte:
- die Überwachung von Zustandsgrößen des Dampferzeugers, die
mittelbare oder unmittelbare Rückschlüsse auf die Effektivität und/oder den Verschmutzungsgrad der Heizflächen des Dampferzeugers zulassen,
- das Erstellen einer Effektivitätsprognose anhand der gemessenen
und/oder ermittelten Zustandsgrößen, - das Erstellen einer Lastprognose als Funktion des Strombedarfs
und/oder des Wärmebedarfs eines Marktes,
- das Erstellen einer Prognose über die voraussichtlich verfügbare
Maximalleistung des Dampferzeugers als Verfügbarkeitsprognose und als Funktion der zu erwartenden Umgebungstemperatur und/oder der Brennstoffqualität,
- das Bestimmen eines optimalen Reinigungszeitpunkts als Funktion der Effektivitätsprognose, wobei in Abhängigkeit der Lastprognose und/oder der Verfügbarkeitsprognose ein nach der Effektivitätsprognose einzuleitender Soll-Reinigungsvorgang verändert wird, unter der
Bedingung, dass eine vorgegebene Mindesteffektivität von Heizflächen des Dampferzeugers nicht unterschritten wird und/oder eine
vorgegebene maximal zulässige Verschmutzung der Heizflächen nicht überschritten wird.
Unter einer Effektivitätsprognose im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Prognose derart zu verstehen, dass ein Reinigungszeitpunkt und/oder
Reinigungszyklus festgelegt wird, der unter überwiegend technischen
Effektivitätsgesichtspunkten der Heizflächen geeignet ist, einen übermäßigen Materialverschleiß und/oder einen außerplanmäßigen Anlagenstillstand zu verhindern. Eine Effektivitätsprognose kann dabei beispielsweise auf sich mit einer Verschmutzung einhergehenden ändernden Messwerten der Temperatur der Heizflächen beruhen.
Eine Veränderung des Soll-Reinigungsvorgangs stellt insbesondere eine
Verschiebung oder Unterdrückung und/oder Verkürzung oder Verlängerung und/oder Intensivierung oder Abschwächung des Reinigungsvorgangs dar. Es wird also der Soll-Reinigungsvorgang insoweit verändert, dass zum ursprünglich geplanten Zeitpunkt der Eingriff in den Dampferzeuger verändert wird, um die tatsächliche Leistung des Dampferzeugers im Hinblick auf die Lastprognose optimal anzupassen.
Unter einer Lastprognose im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Prognose über eine voraussichtlich Nachfrage (Last) an den Dampferzeuger zur
Bereitstellung von Strom / Wärme zu verstehen. Die Lastprognose kann beispielsweise durch einen Netzbetreiber, einen Weiterverteiler, einen
Energiehändler oder in der Steuerung des Dampferzeugers selbst erstellt werden. Die Lastprognose berücksichtigt dabei vorzugsweise, ob und mit welcher
Leistung der Dampferzeuger unter Berücksichtigung der Merit Order zur
Abdeckung der Last herangezogen wird.
Lastprognose und Verfügbarkeitsprognose werden bevorzugt im Rahmen mehrerer Iterationen aneinander angepasst.
Unter einer Verfügbarkeitsprognose im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Prognose über eine voraussichtlich verfügbare Maximalleistung des
Dampferzeugers zu verstehen, wobei diese Maximalleistung je nach Bedingungen unterhalb oder oberhalb der Nennleistung bzw. Engpassleistung des
Dampferzeugers beziehungsweise des betreffenden Kraftwerksblocks liegen kann. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die tatsächlich verfügbare
Leistung eines Dampferzeugers um die Nennleistung des Dampferzeugers schwankt. Neben anderen Faktoren haben insbesondere die
Umgebungstemperatur und die Qualität des Brennstoffs großen Einfluss auf die tatsächlich verfügbare Leistung. Die Umgebungstemperatur hat dabei vor allem Einfluss auf die Kühlleistung der Kühltürme, die ggf. einen begrenzenden Faktor für die verwertbare Leistung eines Dampferzeugers darstellt. Bei verhältnismäßig niedrigen Tagestemperaturen ist die Leistung größer als bei hoher
Umgebungstemperatur. Darüber hinaus ist die Leistung auch abhängig vom Heizwert des eingesetzten Brennstoffs, beispielsweise bei der Verwendung von Kohle als Brennstoff ist die Leistung abhängig von der verwendeten Kohlequalität. Eine Änderung der Kohlequalität kann beispielsweise eine Änderung der
Rauchgasmenge bewirken, die wiederum mit einer Änderung des
Leistungsbedarfs der Gebläse einhergeht und somit Einfluss auf die (Netto- )Leistung des Dampferzeugers hat.
Das Erstellen einer Prognose über die voraussichtlich verfügbare Maximalleistung des Dampferzeugers unter Berücksichtigung dieser Umstände ermöglicht es, die Leistungsschwankungen des Dampferzeugers um die Nennleistung /
Engpassleistung herum für die Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts und Reinigungszyklus hinzuzuziehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich eine Lastprognose als Funktion des Strombedarfs und/oder Wärmebedarfs als Kriterium für die
Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts und Reinigungszyklus hinzugezogen, derart, dass ein unter Effektivitätsgesichtspunkten im Sinne einer technischen Verfügbarkeit des Dampferzeugers ermittelter optimaler Reinigungszeitpunkt und/oder gegebenenfalls eine hierzu ermittelte optimale Reinigungszeit im Sinne eines Anteils der zu reinigenden Flächen lastabhängig verschoben wird.
Zusätzlich oder alternativ kann die Intensität des Reinigungsvorgangs gesteigert oder abgeschwächt werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei Spitzenlastbedarf im Netz eine möglichst maximale Leistungsausbeute des Kessels wünschenswert ist, so dass in diesen Zeitfenstern ein
reinigungsbedingter Lastabfall des Kessels vermieden werden soll. Die für eine Reinigung und/oder einen Reinigungszyklus verfügbaren Zeitfenster können erfindungsgemäß im Sinne einer Volllastoptimierung in Abhängigkeit vom
Strombedarf verschoben bzw. optimiert werden. D. h., dass beispielsweise ein optimaler Reinigungszeitpunkt, wenn er in eine Phase des Spitzenlastbedarfs fällt, gegebenenfalls so verschoben werden kann, dass dieser in eine Phase geringerer Lastanforderungen an den Dampferzeuger fällt, in der naturgemäß dann auch der Strompreis, der nachfrageabhängig ist, niedriger ist.
Erfindungsgemäß wird also die bedarfsorientierte Reinigung und die daraus resultierende Minderleistung des Dampferzeugers an den aktuellen Strombedarf und den daraus resultierenden Strompreis oder an den aktuellen Wärmebedarf gekoppelt.
Dabei soll gewährleistet werden, dass einerseits die Verschmutzung den Prozess nicht nachhaltig verschlechtert und andererseits der Einsatz so erfolgt, dass die zu erwartenden Leistungseinbußen des Dampferzeugers bedingt durch die Reinigung in Phasen eines geringeren Strombedarfs fallen.
Dabei soll eine gewisse maximal zulässige Verschmutzung nicht überschritten werden, damit ein außerplanmäßiger Stillstand des Kessels vermieden wird. Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur
Anwendung an mit Braunkohle befeuerten Kesseln bzw. Dampferzeugern, da Braunkohle je nach Beschaffenheit hohe Anteile an schlackebildenden
Substanzen enthält und bei solchen Dampferzeugern ein wirkungsgradoptimierter Betrieb besonders wichtig ist.
Als Zustandsgrößen des Dampferzeugers werden wenigstens die
Heizflächentemperaturen und/oder die Frischdampftemperatur des
Dampferzeugers und/oder die Zwischenüberhitzertemperaturen des
Dampferzeugers erfasst und/oder gemessen. Die Heizflächentemperaturen können beispielsweise zur Ermittlung des Verschmutzungszustandes der
Heizflächen herangezogen werden, diese können beispielsweise mittels der bekannten Wärmebildverfahren ermittelt werden. Die Wandtemperatur des Feuerraums kann als Indikator für den Verschmutzungszustand des Feuerraums dienen. Die Temperatur der Heizflächen kann beispielsweise auch mit geeigneten Temperatursensoren gemessen werden.
Verfahren zur Ermittlung und Überwachung der Feuerraumtemperaturen sind beispielsweise in der DE 10 2006 022 627 A1 und in der DE 10 2007 039 945 A1 beschrieben. Darüber hinaus ist in letzterer Druckschrift auch ein Verfahren zur Ermittlung der Heizflächeneffektivität beschrieben.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lastprognose für den Dampferzeuger als Funktion von meteorologischen Vorhersagedaten erstellt wird. Es ist grundsätzlich bekannt, dass bei bestimmten Wetterlagen weniger Strom aus regenerativen
Energieträgern in das Netz eingespeist wird, so dass sich eine durchaus zuverlässige Lastprognose über einen Zeitraum von mehreren Tagen erstellen lässt. Im Falle der Wärmebereitstellung durch den Dampferzeuger erfolgt die Lastprognose in Abhängigkeit eines prognostizierten Wärmebedarfs. Eine Lastprognose muss nicht notwendigerweise aufgrund meteorologischer
Vorhersagen erstellt werden, beispielsweise kann auch die Lastprognose aufgrund der geplanten Zu- oder Abschaltung industrieller Strom- und/oder Wärmeabnehmer erfolgen. Beispielsweise bei Anfahren einer Produktionsanlage für die Herstellung von Aluminium werden erhebliche Mengen an Strom benötigt, so dass das Hochfahren einer solchen Anlage einen prognostizierbaren Lastfall darstellt. Bei prognostizierter Starklast im Stromnetz kann ein Sollreinigungsvorgang unterdrückt und/oder abgeschwächt und/oder verschoben und/oder verkürzt werden, bei prognostizierter Schwachlast kann ein Soll-Reinigungsvorgang vorgezogen und/oder intensiviert werden. Unter einem Soll-Reinigungsvorgang im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist ein Reinigungsvorgang zu verstehen, der aufgrund der durchgeführten Effektivitätsprognose zu einem bestimmten
Reinigungszeitpunkt sinnvoll und wünschenswert ist, der jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht zwingend erforderlich ist. Ein solcher zwingend erforderlicher Reinigungsvorgang zu einem zwingend einzuhaltenden Reinigungszeitpunkt ist nur ein solcher Reinigungsvorgang, der bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesteffektivität der Heizfläche beziehungsweise bei Überschreiten einer maximal zulässigen Verschmutzung der Heizfläche auszulösen ist.
Zu einem bestimmten Reinigungszeitpunkt wird ein bestimmter Reinigungszyklus durchfahren, wobei gegebenenfalls auch vorgesehen sein kann, den
Reinigungszeitpunkt nicht zu verschieben, aber den Reinigungsumfang im Sinne von zu reinigenden Flächen einzuschränken oder auszuweiten. Gegebenenfalls kann die Reinigungsintensität verringert oder erhöht werden, beispielsweise über die Steuerung des Wasserdrucks bei der Verwendung von Wasserlanzenbläsern. Unter dem Reinigungszeitpunkt im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist der Beginn eines Reinigungszyklus zu verstehen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein verzögerter Soll-Reinigungsvorgang intensiviert wird. Das heißt, dass ein Sollreinigungsvorgang, der in einer
Starklastphase des Stromnetzes unterdrückt wird und zu einem späteren
Zeitpunkt aufgenommen wird, dann intensiviert wird, um bleibende
Verschmutzungen an den Heizflächen zu vermeiden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verfügbarkeitsprognose und die
Effektivitätsprognose mittels neuronaler Modelle erstellt werden.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn wenigstens die Effektivitätsprognose und die Lastprognose als Eingangsgrößen in einem Fuzzy-Regler verwendet werden, über welchen die Reinigungszyklen ausgelöst und/oder freigegeben werden.
Ein zu erwartender reinigungsbedingter Verschleiß der Heizflächen in
Abhängigkeit von der Dauer und dem flächigen Ausmaß eines
Reinigungsvorgangs können ebenfalls als Eingangsgröße in den Fuzzy-Regler verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Lastprognose als Strompreisprognose dargestellt. Im Falle einer Fuzzy-Regelung wird dann die Strompreisprognose als Eingangsgröße in dem Fuzzy-Regler verwendet. Mit Diagnosesystemen, wie beispielsweise heizflächeneffektivitätsorientierten Ru ßblas-Management-Systemen oder beispielsweise infrarotkamerageführten Reinigungssystemen, wird der technische Reinigungsbedarf sowie der technisch optimierte Reinigungszeitpunkt bestimmt und an die Leittechnik zur Steuerung der Reinigungseinrichtungen
weitergegeben. Der technische Reinigungsbedarf ist der Reinigungsbedarf resultierend aus der Effektivitätsprognose, wie vorstehend bereits erläutert.
Alternativ kann die Lastprognose als Wärmebedarfsprognose beispielsweise jahreszeitlich oder in Abhängigkeit von der Zu- und Abschaltung von industriellen Abnehmern erstellt werden.
Erfindungsgemäß werden Last-, Reinigungs- und Einsatzplanung in einem
Dampferzeuger (Kraftwerksblock) durch einen Lastregler beurteilt und
automatisiert. Als Lastregler kann beispielsweise eine Einrichtung zur
elektronischen Datenverarbeitung mit entsprechender Software vorgesehen sein. Im Lastregler wird der zeitliche und technische Handlungsspielraum bestimmt und beispielsweise mit der Preisentwicklung und dem Bedarf am Strommarkt gekoppelt. Hieraus resultiert dann ein preisoptimierter und bedarfsoptimierter Reinigungsplan, der dann, zu Zeiten mit Hochpreisen am Strommarkt, möglichst keine Minderlasten zulässt und die Reinigungseinrichtungen in
Niedrigpreisphasen ansteuert. Hierdurch wird dem aktuellen Strom- und
Wärmebedarf optimal Rechnung getragen. In diese Optimierung kann auch die Brennstoffdisposition einbezogen werden.
Die aus dem Strommarkt bzw. Wärmebedarf resultierenden Erlöse/Preise werden abgeschätzt, die vertretbaren Reinigungszyklen ermittelt und ein Optimum beider Kriterien gesucht und angesteuert. Die Ansteuerung der Reinigungssysteme kann dann automatisch durch die Diagnosesysteme und/oder Leittechnik erfolgen, oder als Empfehlung an die Betriebsmannschaft weitergeleitet werden, die dann die Ansteuerung vornimmt.
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb einer Starklastphase ein Soll-Reinigungsvorgang in einen Zeitraum prognostizierter hoher Verfügbarkeit verschoben wird. Dabei wird zusätzlich bei der Planung der Durchführung eines Reinigungsvorgangs die höhere maximal mögliche Leistung des Dampferzeugers berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die höhere maximal mögliche Leistung nicht bereits in der Verfügbarkeitsprognose enthalten ist, sondern sich erst kurzfristig auf Grund geänderter Parameter, die sonst leistungsbeschränkend sind, ergeben hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden bei der Erstellung der Verfügbarkeitsprognose sowie bei der aktuellen Regelung insbesondere leistungsbeschränkende Faktoren des Dampferzeugers überwacht und berücksichtigt. Dies sind beispielsweise der Heizwert des Brennstoffs, die Frischdampfmenge, Frischdampftemperatur, Zwischenüberhitzer-Temperatur, Zwischenüberhitzer -Druck, Zwischenüberhitzer -Menge und/oder
Kühlwassertemperatur.
Zweckmäßig ist es, wenn in Abhängigkeit der Lastprognose und der
Verfügbarkeitsprognose ein Steuerungsplan zur lastgesteuerten
Leistungsregelung des Dampferzeugers erstellt wird und der Dampferzeuger anhand des Steuerungsplans in seiner Leistung geregelt wird. Es erfolgt somit eine Soll-Ist-Steuerung des Dampferzeugers. Die Steuerung der Leistung des Dampferzeugers ist in üblicher Art und Weise über Frequenzregelung und Sekundärleistungsregelung hinter einem Generator möglich. In diesem Falle erfolgt die Leistungsregelung über die Steuerung der elektrischen Leistung, die von einem dem Dampferzeuger nachgeschalteten Generator in ein Stromnetz abgegeben wird.
Zweckmäßigerweise werden die Lastprognose, die Verfügbarkeitsprognose und die Effektivitätsprognose für nach Stunden und Tagen bemessene Zeiträume erstellt, vorzugsweise für Zeiträume zwischen etwa 0 bis 24 Stunden für den laufenden Tag sowie zwischen etwa 0 bis 48 Stunden, für die folgenden Tage.
Beispielsweise kann der Steuerungsplan als Fahrplan für die Fahrweise des Dampferzeugers in Form eines Tagesablaufsplans für eine Folgetag abgegeben werden, an dem dann die Regelung des Dampferzeugers anhand des Steuerungsplans erfolgt, wobei der Steuerungsplan die Führungsgrößen für die Leistung des Dampferzeugers vorgibt.
Tatsächlich kann vorgesehen sein, diesen beispielsweise für einen
Tageszeitraum oder einen Zeitraum von 24 Stunden abgegebenen
Steuerungsplan je nach Anforderung des Stromnetzes viertelstündlich zu übersteuern.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass in der Verfügbarkeitsprognose ergänzende Leistungsoptionen und/oder Optionen zur Bereitstellung von
Regelenergie berücksichtig werden. Ergänzende Leistungsoptionen sind insbesondere solche, die jedenfalls zeitweise eine höhere Leistung des
Dampferzeugers ermöglichen, ggf. aber mit einem geringeren Wirkungsgrad des Dampferzeugers verbunden sind. Ein Beispiels einer derartigen ergänzenden Leistungsoption ist die Abschaltung von Vorwärmern. Hierdurch wird eine
Erhöhung der Leistung zu Lasten des Wirkungsgrads erzielt. Zur Bereitstellung von Regelenergie können die Leistunsbänder des Dampferzeugers genauer spezifiziert werden, in denen die Regelleistung erbracht werden kann. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, das vollständige Lastpotenzial eines Dampferzeugers in dem Sinne zu nutzen, dass auch eine Disponierung einer über der Nennleistung / Engpassleistung des Dampferzeugers liegenden Maximalleistung möglich ist. Zusätzlich ermöglicht die bessere Planbarkeit der Leistung ein schmaleres Sicherheitsband bei der angebotenen Leistung. Ohne Verfügbarkeitsprognose wäre es erforderlich, um die Nennleistung des
Dampferzeugers herum eine gewisse Leistungsbandbreite als nicht verfügbare Blockleistung bereitzustellen und den Dampferzeuger nach den
Lastanforderungen des Stromnetzes gegebenenfalls innerhalb dieser Bandbreite zu steuern. Durch das Erstellen einer Verfügbarkeitsprognose ist es möglich, die Leistung des Dampferzeugers zu disponieren, die über der Nennleistung des Dampferzeugers liegt, so dass bei der Planung eines Reinigungsvorgangs eine maximal mögliche Leistung des Dampferzeugers berücksichtigt werden kann. Einen weiteren Vorteil bewirkt die Erfindung bei gleichzeitiger Berücksichtigung mehrerer Dampferzeuger und/oder mindestens eines Dampferzeugers und einer Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie im Rahmen eines
Bilanzkreismanagements. Grundsätzlich besteht eine Anforderung an
Dampferzeuger dahingehend, dass sie einen festgelegten Teil ihrer Leistung als Reserve (Regelenergie) bereit halten müssen, um im Bedarfsfall die
Lastanforderung genau einzuhalten und/oder zur Netzstabilität beizutragen. Diese Anforderung kann auch erfüllt werden durch das Vorhalten einer entsprechenden Leistung im Rahmen eines Bilanzkreismanagements.
Dem entsprechend ist ein Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung vorgesehen, bei dem mindestens ein Dampferzeuger sowie eine Anlage zur Bereitstellung von
Regelenergie zu einem virtuellen Bilanzkreis zusammengefasst werden. Bei der Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie kann es sich grundsätzlich um jede Art Energieerzeuger handeln, der in der Lage ist, auf Anfrage eine ausreichende, zuvor definierte Leistung bereitzustellen und zwar innerhalb eines vorgegeben Zeitraums. Entscheidend für die Eignung sind somit vor allem die Maximalleistung sowie die mögliche Anfahrrampe zur Erreichung der Maximalleistung.
Insbesondere kann es sich bei der Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie um einen weiteren Dampferzeuger, ein Pumpspeicherkraftwerk oder abschaltbare Leistungen handeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst sodann das Erstellen einer
Lastprognose als Funktion des Strombedarfs und/oder des Wärmebedarfs für den oder die Dampferzeuger, das Erstellen einer Prognose für die voraussichtlich verfügbare Maximalleistung des oder der Dampferzeuger als
Verfügbarkeitsprognose , sowie das Erstellen eines Steuerungsplans in dem die zu dem Bilanzkreis zusammengefassten Dampferzeuger mit der maximalen Leistung und die Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie mit einer minimalen Leistung berücksichtigt werden.
Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Dampferzeuger im Gegensatz zu bisher mit ihrer maximalen Leistung gefahren werden können und keine Regelenergie zur Verfügung stellen müssen. Dies ermöglicht einen
wirtschaftlicheren Einsatz der Dampferzeuger, insbesondere auch, unter
Gesichtspunkten des Anlagenverschleiß, da häufige Lastwechsel vermieden werden können.
Schwankungen der Leistung der einzelnen Dampferzeuger gleichen sich zu weiten Teilen bei Berücksichtigung mehrerer Dampferzeuger auf Grund stochastischer Effekte selbst aus bzw. werden zentral durch die Anlage(n) zur Bereitstellung der Regelenergie ausgeglichen.
Der Steuerungsplan wird insbesondere für zukünftige Zeiträume erstellt, beispielsweise für nach Stunden und Tagen bemessene Zeiträume, vorzugsweise für Zeiträume zwischen etwa 0 bis 24 Stunden für den laufenden Tag sowie zwischen etwa 0 bis 48 Stunden, für die folgenden Tage.
Die Verfügbarkeitsprognose wird wie bereits zuvor beschrieben vorzugsweise als Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Brennstoffqualität aufgestellt, da diese Parameter einen erheblichen Einfluss auf die verfügbare Leistung haben.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahren die Brutto- und /oder
Nettogeneratorleistung des oder der Dampferzeuger überwacht. Ausreichend ist die Überwachung einer der beiden Leistungswerte, da bei entsprechender Anlagenkenntnis auf den anderen Wert rückgeschlossen werden kann. Die Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie wird dann derart geregelt , dass sie eine Differenz der Erzeugung im Vergleich zum Steuerungsplan ausgleicht und der Bilanzkreis somit zu jedem Zeitpunkt ausgeglichen ist.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass in der Verfügbarkeitsprognose ergänzende Leistungsoptionen und/oder Optionen zur Bereitstellung von
Regelenergie berücksichtig werden. Ergänzende Leistungsoptionen sind insbesondere solche, die jedenfalls zeitweise eine höhere Leistung des
Dampferzeugers ermöglichen, ggf. aber mit einem geringeren Wirkungsgrad des Dampferzeugers verbunden sind. Ein Beispiels einer derartigen ergänzenden Leistungsoption ist die Abschaltung von Vorwärmern. Hierdurch wird eine
Erhöhung der Leistung zu Lasten des Wirkungsgrads erzielt.
Ergänzende Leistungsoptionen können insbesondere zur Bereitstellung von Regelenergie herangezogen werden.
Bei dem Verfahren zur Leistungssteuerung mehrerer Dampferzeuger gemäß Anspruch 14 kann insbesondere auch die zuvor beschriebene Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen während des Betriebs des Dampferzeugers Anwendung finden. Insofern wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen: Figur 1 ein Leistungsdiagramm eines Dampferzeugers über einen Zeitraum von 24 Stunden zeigt, wobei aufgetragen sind, die maximal mögliche elektrische Leistung des Dampferzeugers als Bruttoleistung, die elektrische Leistung des Generators als Bruttoleistung, die elektrische Leistung des Dampferzeugers als Nettoleistung und der Steuerungsplan für den betreffenden Zeitraum, nachstehend bezeichnet als Fahrplan,
Figur 2 ein Blockdiagramm einer Steuerung und Prognose des
Dampferzeugers,
Figur 3 ein Beispiel eines Steuerungsplans beziehungsweise Fahrplans über mehrere Tage, wobei die elektrische Leistung aufgetragen ist über einer Zeitskala und Figur 4 die Darstellung der elektrischen Leistung eines Dampferzeugers aufgetragen über einen Zeitraum von 16 Stunden, wobei die maximal mögliche Bruttoleistung des Dampferzeugers, die maximal mögliche Leistung des Dampferzeugers abzüglich der für
Reinigungen erforderlichen Leistungseinbuße und die nach Steuerung des Dampferzeugers tatsächlich abgerufene
Bruttogeneratorleistung dargestellt ist.
Wenn im Folgenden von Bruttogeneratorleistung und Nettogeneratorleistung die Rede ist, so ist mit Bruttogeneratorleistung diejenige elektrische Leistung an den Klemmen des Generators bezeichnet, die als elektrische Leistung zur Verfügung steht. Die Nettogeneratorleistung ist diejenige Leistung, die tatsächlich in ein elektrisches Stromnetz eingespeist wird. Die Differenz zwischen
Nettogeneratorleistung und Bruttogeneratorleistung ist diejenige Leistung, die zum Betrieb des Dampferzeugers selbst vor dem elektrischen Stromnetz abgezweigt wird. Die Regelung des Dampferzeugers erfolgt in der Regel anhand der Bruttogeneratorleistung auf der Basis vorhandener Daten, wobei auf die Nettogeneratorleistung zurück geschlossen werden kann.
Die Nennleistung des Dampferzeugers ist die elektrische Nennleistung, für die der Dampferzeuger ausgelegt ist. Die maximal mögliche elektrische Leistung ist diejenige Leistung, die der Dampferzeuger in Abhängigkeit der Außentemperatur beziehungsweise Umgebungstemperatur und der Brennstoffqualität sowie der Effektivität der Heizflächen tatsächlich zu leisten vermag. Werden die Heizflächen während des Betriebes des Dampferzeugers gereinigt, fällt die tatsächlich maximal mögliche Leistung während des Reinigungsvorgangs ab, beispielsweise bei einem Dampferzeuger mit einer elektrischen Nennleistung von 300 MW (Megawatt) um etwa 15 bis 30 MW, je nach Art des
Reinigungsvorgangs.
Die Reinigung kann beispielsweise das Abreinigen der in einem Feuerraum jeweils gegenüberliegend einer Reinigungseinrichtung angeordneten
Strahlungsheizfläche mittels eines oder mehrere Wasserlanzenbläser umfasst. Dabei wird Wasser mit hohem Druck durch den Feuerraum auf die
gegenüberliegende Strahlungsheizfläche aufgebracht, so dass die dort etwa vorgesehenen Anhaftungen beziehungsweise Anbackungen gelöst werden. Als Reinigung der Heizflächen im Sinne der vorliegenden Anmeldung kann auch die Reinigung der sogenannten Nachschaltheizflächen des Dampferzeugers mittels sogenannter Ru ßbläser vorgesehen sein. Diese Reinigungsvorgänge werden während des Betriebes des Dampferzeugers durchgeführt, was im Allgemeinen bekannt ist.
Das nachstehend beschriebene Beispiel wird anhand einer Einrichtung zur Steuerung eines Dampferzeugers mit einer Braunkohlenstaubfeuerung
beschrieben. Der Dampferzeuger beziehungsweise der Kraftwerksblock besitzt eine Nennleistung von 300 MW.
In Figur 1 sind über einen zurückliegenden Zeitraum von 24 Stunden aufgetragen die maximal mögliche Bruttoleistung des Kraftwerksblocks (Dampferzeuger PMB) die tatsächliche Generatorleistung Brutto PGB, die tatsächliche Generatorleistung netto PQN sowie der Steuerungsplan beziehungsweise Fahrplan der für das Stromnetz disponierten Leistung PDISPO-
Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass die maximal mögliche Leistung PMB des
Dampferzeugers deutlich größer als die tatsächlich disponierte Leistung nach Fahrplan (PDisPo)-
Weiterhin ist aus Figur 1 ersichtlich, dass etwa zwischen 1 3 Uhr und 1 6 Uhr sowie etwa zwischen 21 Uhr und 0 Uhr eine Reinigung des Dampferzeugers erfolgte, was mit einem Abfall der Nettogeneratorleistung PGN einhergeht.
Aufbau und Struktur der erfindungsgemäßen Steuerung werden nun anhand des in Figur 2 dargestellten Blockdiagramms erläutert. In dem Blockdiagramm ist der Kraftwerksblock beziehungsweise Dampferzeuger mit 1 bezeichnet, gemeint ist der physikalisch vorhandene Kraftwerksblock. Der Kraftwerksblock 1 umfasst einen Feuerraum beziehungsweise Kessel mit einem Wasser-Dampfkreislauf sowie wenigstens einen mit Dampf betriebenen Generator, der elektrischen Strom in das mit 2 bezeichnete Stromnetz einspeist. Die Steuerung des
Kraftwerksblocks 1 erfolgt über die mit 3 schematisch dargestellte Kraftwerksleittechnik über welche die Lastregelung und die Steuerung von Reinigungseinrichtungen 4 erfolgt. Der Kraftwerksleittechnik 3 ist ein virtueller Kraftwerksblock 5 in Form eines virtuellen Anlagenmodells vorgeschaltet. Der virtuelle Kraftwerksblock umfasst die virtuelle Abbildung aller physikalisch vorhandene Mess-. Überwachungs- und Diagnoseeinrichtungen für die
Zustandsgrößen des Kraftwerksblocks 1 sowie die Abbildung der Blocklast und die Abbildung der Steuerung der Reinigungseinrichtungen 4.
Die Daten aus der Kraftwerksleiteinrichtung 3 und dem virtuellen
Kraftwerksblock 5 werden in einer Datenbank 6 zusammengefasst, die mit einem Lastregler/Optimierer 7 kommuniziert. Der Lastregler 7 ist als Software basiertes neuronales System mit wenigstens einem Fuzzy-Regler ausgebildet und umfasst eine webbasierte Benutzeroberfläche. In diesen Lastregler gehen die
Eingangswerte in Form von Messwerten und Sollwerten aus der
Kraftwerksleittechnik, Effektivität, Gütegrade, Wirkungsgrade und
Anlagenkenngrößen sowie Verbräuche aus dem virtuellen Kraftwerksblock 6 ein, der auch die Diagnosesysteme des Kraftwerksblocks 1 abbildet. In dem
Lastregler 7 werden die Effektivitätsprognose, die Lastprognose und die
Verfügbarkeitsprognose als optimierte Beanspruchbarkeit sowie eine optimierte Reinigungssteuerung erzeugt. Die Lastprognose sowie die
Verfügbarkeitsprognose werden aufgrund von Daten der
Kraftwerkseinsatzplanung 9 erstellt, wobei diese Daten Wetterdaten und voraussichtliche Marktanforderungen berücksichtigen. Weiterhin erstellt der Lastregler 7 eine Verfügbarkeitsprognose 8 oder Beanspruchbarkeitsprognose, die wiederum bei der Kraftwerkseinsatzplanung 9 insoweit berücksichtigt wird, als dass aufgrund der Verfügbarkeitsprognose 8 und von Lastanforderungen 10 des Strommarktes ein Fahrplan 1 1 in Form eines Steuerungsplans erstellt wird, der in der Kraftwerksleiteinrichtung 3 als Führungsgröße für die Steuerung des
Kraftwerksblocks 1 berücksichtigt wird.
Die Überwachung der Zustandsgrößen des Dampferzeugers beziehungsweise des Kraftwerksblocks 1 erfolgt über die Diagnoseeinrichtungen, deren
Diagnosedaten in dem virtuellen Kraftwerksblock 5 abgebildet sind und die in der Datenbank 6 gespeichert werden. Aufgrund dieser Daten wird im Lastregler 7 eine Effektivitätsprognose erstellt, aufgrund der Effektivitätsprognose wird ein Soll-Reinigungszeitpunkt ermittelt. Unter Berücksichtigung einer Lastprognose als Funktion des Strombedarfs und gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer voraussichtlich verfügbaren Maximalleistung des Dampferzeugers werden
Steuerbefehle für die Steuerung der Reinigungseinrichtungen 4 erzeugt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den optimalen Reinigungszeitpunkt und die optimale Reinigungsintensivität in Abhängigkeit der Lastanforderungen 10 des Marktes zu bestimmen und zu veranlassen. Darüber hinaus kann von dem Lastregler 7 eine Verfügbarkeitsprognose 8 beziehungsweise Beanspruchbarkeitsprognose erstellt werden, die für die Erstellung eines optimierten Fahrplans 1 1 berücksichtigt wird, wobei der optimierte Fahrplan 1 1 eine optimierte Beanspruchbarkeit des
Kraftwerksblocks 1 berücksichtigt, wie dies beispielsweise im Folgenden anhand der Figur 4 graphisch dargestellt ist. Die Figur 4 zeigt ein Diagramm, das etwa dem in Figur 1 dargestellten Diagramm entspricht, wobei dort die maximal mögliche Bruttoleistung PMB des Kraftwerksblocks 1 , die maximal mögliche
Bruttoleistung des Kraftwerksblocks 1 nach Rußblasen PMBR, die Bruttogenerator PGB und die disponierbare Leistung PDISPO nach Steuerungsplan beziehungsweise Fahrplan 1 1 aufgetragen sind. Die schraffierte Fläche zeigt das gewonnene Lastpotenzial unter Berücksichtigung der maximalen Verfügbarkeit des
Kraftwerksblocks 1 , die schattierten Flächen zwischen PMB und PMBR
veranschaulichen das gewonnene Lastpotenzial durch die entsprechende
Steuerung der Reinigungseinrichtungen.
Bezugszeichenliste:
PMB maximal mögliche elektrische Bruttoleistung des Dampferzeugers PGB Generatorleistung Brutto
PGN Generatorleistung Netto
Püispo Steuerungsplan/Fahrplan
PMBR Maximale Bruttoleistung des Dampferzeugers nach Rußblaßen
1 Kraftwerksblock
2 Stromnetz
3 Kraftwerksleittechnik
4 Reinigungseinrichtung
5 Virtueller Kraftwerksblock
6 Datenbank
7 Lastregler
8 Verfügbarkeitsprognose
9 Kraftwerkseinsatzplanung
10 Lastanforderung
1 1 Fahrplan

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur
Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung unter Berücksichtigung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen
Reinigungseinrichtungen während des Betriebs des Dampferzeugers, umfassend:
- die Überwachung von Zustandsgrößen des Dampferzeugers, die
mittelbare oder unmittelbare Rückschlüsse auf die Effektivität und/oder den Verschmutzungszustand von Heizflächen des Dampferzeugers zulassen,
- das Erstellen einer Effektivitätsprognose anhand der gemessenen
und/oder ermittelten Zustandsgrößen,
- das Erstellen einer Lastprognose als Funktion des Strombedarfs
und/oder des Wärmebedarfs,
- das Erstellen einer Prognose für die voraussichtlich verfügbare
Maximalleistung des Dampferzeugers als Verfügbarkeitsprognose und als Funktion der Umgebungstemperatur und/oder der Brennstoffqualität,
- das Bestimmen eines optimalen Reinigungszeitpunkts als Funktion der Effektivitätsprognose, wobei in Abhängigkeit der Lastprognose und/oder der Verfügbarkeitsprognose ein nach der Effektivitätsprognose einzuleitender Soll-Reinigungsvorgang verändert wird unter den Bedingungen, dass eine vorgegebene Mindesteffektivität der Heizflächen des Dampferzeugers nicht unterschritten wird und/oder eine vorgegebene maximal zulässige Verschmutzung der Heizflächen nicht überschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein nach der Effektivitätsprognose einzuleitender Soll-Reinigungsvorgang verschoben oder unterdrückt und/oder verkürzt oder verlängert und/oder intensiviert oder abgeschwächt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgrößen wenigstens die Heizflächentemperatur und/oder die Frischdampftemperatur und/oder die Zwischenüberhitzertemperatur des Dampferzeugers erfasst und/oder gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastprognose für den Dampferzeuger als Funktion von
meteorologischen Vorhersagedaten erstellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei prognostizierter Starklast ein Soll-Reinigungsvorgang unterdrückt oder verschoben wird und/oder abgeschwächt und/oder verkürzt wird und dass bei prognostizierter Schwachlast ein Soll-Reinigungsvorgang vorgezogen und/oder intensiviert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein verzögerter Soll-Reinigungsvorgang intensiviert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastprognose, die Verfügbarkeitsprognose und die
Effektivitätsprognose mittels neuronaler Modelle erstellt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Effektivitätsprognose und die Lastprognose als Eingangsgrößen in einem Fuzzy-Regler verwendet werden, mit welchen die Reinigungsvorgänge gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu erwartender reinigungsbedingter Verschleiß der Heizflächen des Dampferzeugers in Abhängigkeit von der Dauer und dem flächigen Ausmaß eines Reinigungsvorgangs als Eingangsgröße in dem Fuzzy-Regler verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastprognose als Strompreisprognose dargestellt wird und, vorzugsweise, dass die Strompreisprognose als Eingangsgröße in dem Fuzzy-Regler verwendet wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Starklastphase ein Soll-Reinigungsvorgang in einen
Zeitraum prognostizierter hoher Verfügbarkeit des Dampferzeugers verschoben wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Lastprognose und der Verfügbarkeitsprognose ein Steuerungsplan zur lastgesteuerten Leistungsregelung des
Dampferzeugers erstellt wird und dass der Dampferzeuger anhand des Steuerungsplans in seiner Leistung geregelt wird. 13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastprognose, die Verfügbarkeitsprognose und die
Effektivitätsprognose für nach Stunden und/oder Tagen bemessene
Zeiträume erstellt werden, vorzugsweise für etwa 0 bis 24 Stunden und/oder 0 bis 48 Stunden.
14. Verfahren zur Leistungsregelung von Dampferzeugern zur
Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens ein Dampferzeuger sowie eine Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie zu einem virtuellen
Bilanzkreis zusammengefasst werden,
umfassend:
- das Erstellen einer Lastprognose als Funktion des Strombedarfs
und/oder des Wärmebedarfs für den oder die Dampferzeuger, - das Erstellen einer Prognose für die voraussichtlich verfügbare
Maximalleistung des oder der Dampferzeuger als
Verfügbarkeitsprognose und vorzugsweise als Funktion der
Umgebungstemperatur und/oder der Brennstoffqualität,
wobei ein Steuerungsplan die zu dem Bilanzkreis zusammengefassten Dampferzeuger mit der maximalen Leistung und die Anlage zur
Bereitstellung von Regelenergie mit einer minimalen Leistung
berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brutto- und /oder Nettogeneratorleistung des oder der Dampferzeuger überwacht wird und die Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie derart geregelt wird, dass sie eine Differenz der Erzeugung im Vergleich zum
Steuerungsplan ausgleicht.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Anlage zur Bereitstellung von Regelenergie eine abschaltbare Last und/oder eine Anlage zur Stromerzeugung, insbesondere ein
Dampferzeuger oder ein Gaskraftwerk, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verfügbarkeitsprognose ergänzende Leistungsoptionen und/ oder Regelenergieoptionen berücksichtigt werden, vorzugsweise, dass die ergänzenden Leistungsoptionen auf zeitweiser Abschaltung einzelner leistungsmindernder Komponenten beruhen.
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