EP2295733A1 - Kraftwerksanlage und Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage - Google Patents

Kraftwerksanlage und Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage Download PDF

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EP2295733A1
EP2295733A1 EP09010420A EP09010420A EP2295733A1 EP 2295733 A1 EP2295733 A1 EP 2295733A1 EP 09010420 A EP09010420 A EP 09010420A EP 09010420 A EP09010420 A EP 09010420A EP 2295733 A1 EP2295733 A1 EP 2295733A1
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EP
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power plant
turbine
generator
electrical load
water
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EP09010420A
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Ingo Förster
Arne Dr. Grassmann
Thomas Helmis
Christian Musch
Heinrich Dr. Stüer
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting

Definitions

  • the invention relates to a power plant comprising a turbine and a generator driven by the turbine, which generates and delivers electrical energy to a network and a switch, which connects the generator with an electrical load.
  • the invention further relates to a method for running a power plant comprising a turbine and a generator connected to a grid.
  • Power plants are usually divided into base-load, medium-load and peak-load systems. Depending on the assignment to the aforementioned plant types, the components of the plant are claimed differently. This means that the components are permanently stressed in a base load system. Unlike the components in a peak load system, which are used rather sporadically.
  • the base load systems usually comprise a turbine designed as a steam turbine and a turbine driven by the generator, which is designed as an electric generator and emits an electrical energy to a network, in particular an electrical consumer network.
  • This electrical power grid is supplied by several power plants with electrical energy, the frequency of the electrical energy must be strictly adhered to and is at 50 Hz and 60 Hz.
  • the steam turbines are often used in continuous operation, they must be shut down for inspection or maintenance.
  • the electric generator must first be decoupled from the grid. The generator then runs idle with the steam turbine.
  • the stored kinetic rotational energy of the shaft is converted into bearing friction and ventilation losses, which reduces the speed of the shaft. Since the bearing friction and Other responsible for the reduction of speed losses are small compared to the rotational energy stored in the shaft resulting in long flow times of the turbine, which can be up to one hour.
  • the invention begins, whose object is to provide a method and a power plant, which makes it possible to accelerate the shutdown of the turbine.
  • a power plant comprising a turbine and a generator driven by the turbine which generates and delivers electrical energy to a network and a switch which connects the generator to an electrical consumer, the electrical consumer as a resistance element for heating water is formed.
  • the electrical load formed as a resistance element for heating water is connected to the generator as soon as the generator is decoupled from the mains.
  • the frequency of the generator is usually no longer network synchronous after decoupling from the electrical network and should therefore not be connected to the electrical network for this reason.
  • the no longer grid-synchronous electrical power is expediently driven off via the resistance element.
  • the object directed to the method is achieved by a method for shutting down a power plant comprising a turbine and a generator which is connected to a network, wherein the generator is connected after decoupling of the network to an electrical load.
  • the resistance element of an immersion heater is formed. Further advantageously, the immersion heater is arranged for heating water.
  • the electrical energy that is released via the immersion heater quasi retroactive, not released to the environment, but converted to heat water.
  • the electrical load is arranged in the so-called hotwell in the capacitor.
  • Hotwell is the condensate collector.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated power plant 1.
  • This power plant 1 comprises a turbine 2, which is designed as a steam turbine.
  • the steam turbine 2 is supplied with live steam via a steam inlet 3 and a live steam line 4.
  • the thermal energy of the live steam is converted into kinetic rotational energy.
  • the rotational kinetic energy is used to drive an electric generator 5.
  • the generator 5 is coupled in continuous operation to an electrical network, the frequency here being 50 Hz for the European market and 60 Hz for the US market.
  • Further components are shown that are required for a power plant 1, such as a condenser 7, a steam generator 8 and a pump 9.
  • the live steam is generated, which flows via the main steam line 4 and the steam inlet 3 into the steam turbine 2 ,
  • the condenser 7 the steam flowing out of the steam turbine is again condensed to water, the water vapor escaping from the steam turbine 2 condensing via an external cooling line 10.
  • the condensate converted to water is finally fed via a pump 9 to the steam generator 8.
  • the steam turbine 2 is now traversed as follows.
  • a switch 11 of the electric generator 5 is connected to the electrical network 6 and connected to an electrical load 12, which in the FIG. 1 is shown by the dashed line 13.
  • the shutdown of the turbine 2 is initially done by simply switching off the steam supply. This means that the steam generated in the steam generator 8 is blocked by a valve and is no longer passed through the steam turbine 2.
  • the electrical load 12 connected to the generator 5 exerts, as it were, a braking action on the electric generator 5, which has an effect on the steam turbine 2 as a further braking effect. This shortens the downtime of the steam turbine.
  • the coming out of the electric generator 5 electrical energy is no longer network synchronous after switching the switch 11 to the electrical load 12. Since the electrical load is operated in stand-alone mode and is not connected to other electrical loads to transmit energy, non-grid-synchronous electrical power is harmless.
  • the electrical load 12 is designed as a resistance element and can be used as a quasi-oversized immersion heater corresponding to the heating of water. This can be done as in FIG. 2 shown, the immersion heater 12 are placed directly in the condensate in the so-called hot well to evaporate the condensate. This steam is then knocked off again as water at the condenser tubes 14, whereby thus the energy is discharged from the power plant 1 to the environment.
  • the electrical load 12 designed as immersion heater can also be located in a water chamber of the cooling water circuit, which, however, is in 1 and FIG. 2 not shown, are arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage, wobei die in der Kraftwerksanlage (1) angeordnete Turbine (2) möglichst schnell für Revisions- bzw. Wartungszwecke abgeschaltet werden soll, wobei dafür der Generator (5) vom elektrischen Netz abgekoppelt wird und über einen Schalter (11) an einen als Tauchsieder ausgebildeten elektrischen Verbraucher angeschlossen wird und der Tauchsieder zum Erwärmen von Wasser verwendet wird, wodurch die Abfahrzeit der Turbine (2) weiter verkürzt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage umfassend eine Turbine und einen von der Turbine angetriebenen Generator, der elektrische Energie erzeugt und an ein Netz abgibt sowie einem Schalter, der den Generator mit einem elektrischen Verbraucher anschließt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Abfahren einer Kraftwerksanlage umfassend eine Turbine und einen Generator, der an ein Netz angeschlossen ist. Kraftwerksanlagen werden üblicherweise in Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlast-Anlagen unterteilt. Je nach Zuordnung zu den vorgenannten Anlagentypen werden die Komponenten der Anlage unterschiedlich beansprucht. So werden die Komponenten in einer Grundlast-Anlage dauerhaft beansprucht. Im Gegensatz zu den Komponenten in einer Spitzenlast-Anlage, die vielmehr sporadisch eingesetzt werden. Die Grundlastanlagen umfassen üblicherweise eine als Dampfturbine ausgebildete Turbine und einen von der Turbine angetriebenen Generator, der als elektrischer Generator ausgebildet ist und eine elektrische Energie an ein Netz, insbesondere einem elektrischen Verbrauchernetz abgibt. Dieses elektrische Verbrauchernetz wird von mehreren Kraftwerksanlagen mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Frequenz der elektrischen Energie streng eingehalten werden muss und bei 50 Hz bzw. 60 Hz liegt.
  • Obwohl die Dampfturbinen häufig im Dauerbetrieb verwendet werden, müssen sie für Revisionszwecke oder Wartungsarbeiten abgestellt werden. Dazu muss zunächst der elektrische Generator vom Netz entkoppelt werden. Der Generator läuft anschließend im Leerlauf mit der Dampfturbine mit. Die dabei gespeicherte kinetische Rotationsenergie der Welle wird in Lagerreibung und Ventilationsverluste umgewandelt, wodurch sich die Drehzahl der Welle vermindert. Da die Lagerreibung und andere für die Verminderung der Drehzahl verantwortliche Verluste klein sind gegenüber der in der Welle gespeicherten Rotationsenergie ergeben sich lange Auslaufzeiten der Turbine, die bis zu einer Stunde betragen können.
  • Ein Problem beim Runterfahren von der hohen Drehzahl zum nahezu Stillstand, stellen die so genannten Schaufelresonanzen dar, die zu Schaufelschwingungen der Turbinenlaufschaufeln führen. Jedes Durchfahren dieser Schaufelresonanzen führt zu einem erhöhten Lebensdauerverbrauch. Daher sollte der Abfahrvorgang der Turbine vom betriebsmäßigen Zustand der bei einer Frequenz von 50 bzw. 60 Hz liegt in den nahezu Stillstand schnell erfolgen. Es ist demnach eine schnelle Abfahrt von Nöten, um die Dampfturbine vor größeren Schäden zu bewahren.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Kraftwerksanlage anzugeben, die es ermöglicht, das Abfahren der Turbine zu beschleunigen.
  • Die auf die Kraftwerksanlage hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftwerksanlage, umfassend eine Turbine und eine von der Turbine angetriebenen Generator, der elektrische Energie erzeugt und an ein Netz abgibt sowie einem Schalter, der den Generator mit einem elektrischen Verbraucher verbindet, wobei der elektrische Verbraucher als ein Widerstandselement zum Erhitzen von Wasser ausgebildet ist.
  • Der als Widerstandelement zum Erhitzen von Wasser ausgebildete elektrische Verbraucher wird sobald der Generator vom Netz entkoppelt wird, an den Generator angeschlossen. Die Frequenz des Generators ist nach dem Entkoppeln vom elektrischen Netz in der Regel nicht mehr netzsynchron und dürfte aus diesem Grunde nicht mehr am elektrischen Netz angeschlossen sein. Die nicht mehr netzsynchrone elektrische Leistung wird zweckmäßig über das Widerstandselement abgefahren. Durch den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers an den Generator bleibt ein rückwirkendes Drehmoment auf den Generator und somit auf die Turbine übrig, was zu einer abbremsenden Wirkung führt und schließlich das Abfahren der Turbine beschleunigt.
  • Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Abfahren einer Kraftwerksanlage umfassend eine Turbine und einen Generator, der an ein Netz angeschlossen ist, wobei der Generator nach dem Entkoppeln des Netzes an einen elektrischen Verbraucher angeschlossen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung das Widerstandselement eines Tauchsieders ausgebildet. Weiterhin vorteilhaft wird der Tauchsieder zum Erhitzen von Wasser angeordnet. Somit wird quasi rückwirkend die elektrische Energie die über den Tauchsieder abgegeben wird, nicht an die Umwelt abgegeben, sondern zum Erhitzen von Wasser umgewandelt.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es den Tauchsieder zum Erhitzen von Kühlwasser anzuordnen.
  • Besonders vorteilhaft ist es den elektrischen Verbraucher in einem Kondensator anzuordnen und dort den zu Wasser umgewandelten Dampf zu erhitzen.
  • Dazu wird der elektrische Verbraucher im so genannten Hotwell im Kondensator angeordnet. Beim Hotwell handelt es sich um den Kondensatsammelbehälter.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die in den Figuren aufgeführten Bezugszeichen beschreiben in ähnlicher Weise funktionierende Komponenten.
    • FIG 1
    zeigt in schematischer Weise einen Ausschnitt einer Kraftwerksanlage;
    FIG 2
    zeigt eine Übersicht einer Kraftwerksanlage.
  • FIG 1 zeigt eine in schematischer Weise dargestellt Kraftwerksanlage 1. Diese Kraftwerksanlage 1 umfasst eine Turbine 2, die als Dampfturbine ausgebildet ist. Die Dampfturbine 2 wird über einen Dampfeinlass 3 und einer Frischdampfleitung 4 mit Frischdampf versorgt. In der Dampfturbine 2 wird die thermische Energie des Frischdampfes in kinetische Rotationsenergie umgewandelt. Die kinetische Rotationsenergie wird zum Antreiben eines elektrischen Generators 5 verwendet. Der Generator 5 ist im Dauerbetrieb an ein elektrisches Netz gekoppelt, wobei die Frequenz hierbei bei 50 Hz für den europäischen Markt und 60 Hz für den US-amerikanischen Markt liegt. In der FIG 2 sind noch weitere Komponenten dargestellt, die für eine Kraftwerksanlage 1 benötigt werden, wie z.B. einen Kondensator 7, einem Dampferzeuger 8 und einer Pumpe 9. Im Dampferzeuger 8 wird der Frischdampf erzeugt, der über die Frischdampfleitung 4 und den Dampfeinlass 3 in die Dampfturbine 2 strömt. Im Kondensator 7 wird der aus der Dampfturbine ausströmende Dampf wieder zu Wasser kondensiert, wobei über eine externe Kühlleitung 10 der aus der Dampfturbine 2 entweichende Wasserdampf kondensiert. Das zu Wasser umgewandelte Kondensat wird schließlich über eine Pumpe 9 zum Dampferzeuger 8 geführt.
  • Für Wartungszwecke oder für Revisionen oder für ähnliche Anlässe wird die Dampfturbine 2 nun folgendermaßen abgefahren. Zunächst wird ein Schalter 11 der den elektrischen Generator 5 mit dem elektrischen Netz 6 verbindet gelöst und auf einen elektrischen Verbraucher 12 geschaltet, was in der FIG 1 in durch die gestrichelte Linie 13 dargestellt wird. Das Abfahren der Turbine 2 erfolgt zunächst durch einfaches Abstellen der Dampfzufuhr. Das bedeutet, dass der im Dampferzeuger 8 erzeugte Dampf über ein Ventil versperrt wird und nicht mehr durch die Dampfturbine 2 geleitet wird. Der an den Generator 5 angeschlossene elektrische Verbraucher 12 übt sozusagen eine Bremswirkung auf den elektrischen Generator 5 aus, was sich als weitere Bremswirkung auf die Dampfturbine 2 auswirkt. Dadurch wird die Abfahrzeit der Dampfturbine verkürzt. Die aus dem elektrischen Generator 5 herauskommende elektrische Energie ist nach dem Umschalten des Schalters 11 zum elektrischen Verbraucher 12 nicht mehr netzsynchron. Da der elektrische Verbraucher im Inselbetrieb betrieben wird und nicht mit anderen elektrischen Verbrauchern energieübertragend verbunden ist, ist eine nicht-netzsynchrone elektrische Leistung unschädlich.
  • Der elektrische Verbraucher 12 ist als ein Widerstandselement ausgebildet und kann als ein quasi überdimensionaler Tauchsieder entsprechend zum Erwärmen von Wasser benutzt werden. Dazu kann wie in FIG 2 dargestellt, der Tauchsieder 12 direkt in das Kondensat im so genannten Hotwell angeordnet werden, um das Kondensat zu verdampfen. Dieser Dampf wird dann an den Kondensatorrohren 14 wieder als Wasser abgeschlagen, wodurch somit die Energie aus der Kraftwerksanlage 1 an die Umwelt abgegeben wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der als Tauchsieder ausgebildete elektrische Verbraucher 12 auch in einer Wasserkammer des Kühlwasserkreislaufs, der allerdings in FIG 1 und FIG 2 nicht dargestellt ist, angeordnet werden.

Claims (11)

  1. Kraftwerksanlage (1),
    umfassend eine Turbine (2) und einen von der Turbine (2) angetriebenen Generator (5), der elektrische Energie erzeugt und an ein Netz (6) abgibt,
    sowie einem Schalter (11), der den Generator (5) mit einem elektrischen Verbraucher (12) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der elektrische Verbraucher als ein Widerstandselement zum Erhitzen von Wasser ausgebildet ist.
  2. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1,
    wobei das Widerstandselement als Tauchsieder ausgebildet ist.
  3. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Tauchsieder zum Erhitzen von Wasser angeordnet ist.
  4. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1,
    mit einem Kondensator (7) zum Kondensieren des durch die Turbine (2) strömenden Dampfes zu Wasser,
    wobei der elektrische Verbraucher (12) zum Erhitzen des im Kondensator (7) zu Wasser umgewandelten Dampfes angeordnet ist.
  5. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Tauchsieder zum Erhitzen von Kühlwasser angeordnet ist.
  6. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 4,
    wobei der elektrische Verbraucher (12) im Hotwell im Kondensator (7) angeordnet ist.
  7. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 5,
    wobei der elektrische Verbraucher (12) in einer Wasserkammer des Kühlwasserkreislaufs angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Abfahren einer Kraftwerksanlage (1), umfassend eine Turbine (2) und einen Generator (5), der an ein Netz (6) angeschlossen ist,
    wobei der Generator (5) nach dem Entkoppeln des Netzes (6) an einen elektrischen Verbraucher (12) angeschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    wobei der elektrische Verbraucher (12) zum Erwärmen von Wasser angeordnet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    wobei die nicht netzsynchrone Leistung des elektrischen Verbrauchers (12) zum Abfahren der Turbine (2) verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    wobei der elektrische Verbraucher (12) als Widerstandselement oder als Tauchsieder ausgebildet wird und zum Erwärmen von im Kondensator (7) kondensiertem Wasser oder im Kühlkreislauf befindlichen Kühlwassers ausgebildet wird.
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