ES2856149T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado - Google Patents

Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado (1); en donde la central eléctrica de ciclo combinado (1) presenta una turbina de gas (2) y una turbina de vapor (3) así como un dispositivo de parada (13), y en donde para la detención de la turbina de gas (2) y de la turbina de vapor (3), la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) funcionan dentro de una ventana temporal que se extiende desde el inicio del proceso de apagado en un primer momento (t0) hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior en un segundo momento (t1), caracterizado porque, el dispositivo de parada (13) opera la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) de tal manera que la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) se alivian esencialmente en el mismo momento (t1) y la potencia del bloque desciende a cero; en donde energía térmica almacenada en la central eléctrica de ciclo combinado (1) evita un descenso inmediato de una temperatura del vapor para un funcionamiento por debajo de una potencia mínima de la turbina de gas (2) dentro de la ventana de tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado
La presente invención hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado y a una correspondiente central de ciclo combinado.
Por una central de ciclo combinado se entiende en este contexto una central eléctrica de ciclo combinado de gas y vapor o una central eléctrica de turbinas de gas y vapor que combina los principios de una central de turbina de gas y una central de vapor. Una turbina de gas sirve como fuente de calor para una caldera aguas abajo, que a su vez actúa como generador de vapor para la turbina de vapor.
Con esta combinación se consigue un mayor grado de eficiencia en el ciclo termodinámico que con turbinas de gas en funcionamiento abierto o en centrales eléctricas de vapor de combustión convencional. Las centrales eléctricas combinadas con eficiencias eléctricas de hasta el 60% corresponden a las centrales eléctricas convencionales más eficientes.
Además, dichas centrales eléctricas combinadas se pueden utilizar de forma muy flexible en la gestión de centrales eléctricas. Debido a sus cortos tiempos de arranque y a la posibilidad de cambios rápidos de carga, son plantas de energía de carga media ideales. Estas centrales eléctricas funcionan principalmente en el rango de carga media y, si es necesario, incluso en el rango de corriente eléctrica máxima.
Sin embargo, la turbina de gas no proporciona una temperatura constante del gas de escape por debajo de una potencia mínima. Cuando se apaga la turbina de gas, esto también provoca una caída en la temperatura del vapor. Cuando la turbina de vapor sigue operando, esto provoca un alto consumo de la vida útil o una reducción de la vida útil.
Por lo tanto, la turbina de vapor se apaga antes de que la turbina de gas llegue al rango de carga inferior. Mientras dure el proceso de apagado de la turbina de vapor, la turbina de gas debe permanecer a un nivel de potencia constante. En comparación con el inicio, esto provoca un proceso de apagado comparativamente prolongado. Además, el grado de eficiencia no es óptimo durante el apagado.
De la solicitud EP 2775106 A1 se conoce un procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado con una turbina de gas y una turbina de vapor para el funcionamiento con una carga mínima. Con respecto a la parada, la solicitud EP 2775 106 A1 sugiere que se alivie la turbina de vapor y se reduzca la presión de vapor de tal manera que se alcance una carga mínima de la turbina de vapor y una presión mínima de vapor antes de una reducción de la temperatura del vapor causada por una reducción de la temperatura de los gases de escape de la turbina de gas durante la descarga de la turbina de gas.
También de la solicitud DE 2664749 A1 se conoce una central eléctrica de ciclo combinado. Se proporciona un controlador que produce un flujo de vapor a través de un dispositivo de recuperación de calor después de una parada.
Además, de la solicitud EP 1275817 A1 se conoce una central eléctrica de ciclo combinado que, además de una turbina de gas y una turbina de vapor, presenta un dispositivo de corte de aceite de emergencia que solo puede detener la turbina de vapor o alternativamente, en caso de defecto técnico, también la turbina de gas.
Por lo expuesto, resulta necesario mostrar al menos una forma que permita acelerar el apagado.
Conforme a la invención, en un procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado con una turbina de gas y una turbina de vapor, así como, con un dispositivo de parada, la turbina de gas y la turbina de vapor se operan mediante el dispositivo de parada de tal manera que la turbina de gas y la turbina de vapor se alivian esencialmente en el mismo momento dentro de una ventana temporal que se extiende desde el inicio del proceso de apagado en un primer momento hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior en un segundo momento y la potencia del bloque desciende a cero; en donde energía térmica almacenada en la central eléctrica de ciclo combinado evita un descenso inmediato de una temperatura del vapor para un funcionamiento por debajo de una potencia mínima de la turbina de gas dentro de la ventana de tiempo.
La presente invención hace uso del hecho de que las capacidades térmicas de la central eléctrica de ciclo combinado, por ejemplo, el vapor y el gas que circulan en el sistema de tuberías, pero también en las paredes de las tuberías que conectan los componentes de la central de ciclo combinado, son suficientes para evitar una caída repentina de la temperatura cuando se apaga la turbina de gas. En otras palabras, la energía térmica almacenada en la central eléctrica de ciclo combinado evita que la temperatura del vapor caiga inmediatamente cuando la turbina de gas se opera por debajo de la potencia mínima. Por lo tanto, dentro de la mencionada ventana de tiempo, que se extiende desde el inicio del proceso de apagado hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior, la turbina de gas se puede apagar al mismo tiempo que la turbina de vapor. De esta forma se puede acelerar el apagado. En este caso, una ventaja, aunque no un requisito previo, consiste en que la turbina de gas presenta una dinámica elevada.
De manera preferida, a la turbina de gas está asociado un regulador de potencia de turbina de gas y a la turbina de vapor, un regulador de potencia de turbina de vapor y para el regulador de potencia de turbina de gas y el regulador de potencia de turbina de vapor se proporciona el respectivo valor objetivo con una respectiva curva de valor objetivo de parada para que la turbina de gas y la turbina de vapor se alivien esencialmente en el mismo momento. En este caso, por esencialmente en el mismo momento se entiende que un funcionamiento de la turbina de vapor no provoca daños y/o una reducción de la vida útil. Para el apagado del controlador de potencia de la turbina de gas y del controlador de potencia de la turbina de vapor se especifican valores objetivo que se desvían del funcionamiento normal. Cada uno de los valores objetivo pueden consistir en una serie de valores de magnitud decreciente, que se coordinan entre sí y que se aplican sucesivamente al respectivo regulador después de que haya transcurrido un respectivo período de tiempo predeterminado. A continuación, los respectivos reguladores efectúan un seguimiento del respectivo valor real de acuerdo con los respectivos valores objetivo.
De manera preferida, a la turbina de gas está asociado un controlador de potencia de turbina de gas y a la turbina de vapor, un controlador de potencia de turbina de vapor y la respectiva variable de ajuste del regulador de potencia de la turbina de gas y del regulador de potencia de la turbina de vapor se aplica respectivamente con una curva piloto de parada para aliviar la turbina de gas y la turbina de vapor esencialmente en el mismo momento. La curva piloto de parada puede presentar respectivamente una serie de valores de magnitud decreciente, que se ajustan entre sí y se aplican sucesivamente al respectivo regulador después de que haya transcurrido un respectivo período de tiempo predeterminado. También se puede utilizar un control piloto durante el apagado. El control piloto también aplica un valor a la respectiva variable de ajuste que es independiente de los estados de la ruta de regulación. El control piloto permite de manera sencilla considerar el requisito de las variables de ajuste esperables en función de la curva de valores objetivo. Dado que se trata de un control adicional, no pone en peligro la estabilidad de la ruta de regulación Mediante una adecuada conversión de la variable objetivo a la variable de ajuste controlada previamente es posible establecer una regulación dinámica sin efectos negativos en la estabilidad del circuito de regulación. La conversión de variable objetivo a variable de ajuste se realiza de tal manera que una sucesiva serie de valores objetivo decrecientes da como resultado una serie de sucesivas variables de ajuste.
La invención también incluye un producto de programa informático para la ejecución del procedimiento mencionado, una central eléctrica de ciclo combinado como la mencionada y un dispositivo de parada para tal central eléctrica de ciclo combinado.
A continuación se explica una forma de ejecución preferida del elemento de conexión conforme a la invención con referencia a los dibujos esquemáticos incluidos. Las figuras muestran:
Figura 1: una representación esquemática de una central eléctrica de ciclo combinado.
Figura 2: una representación esquemática de una estructura de regulador para la central eléctrica de ciclo combinado representada en la figura 1.
Figura 3: una representación esquemática de otra estructura de regulador para la central eléctrica de ciclo combinado representada en la figura 1.
Figura 4: una representación esquemática de una estructura de control para la central eléctrica de ciclo combinado representada en la figura 1.
Figura 5: una representación esquemática de la curva de velocidad y de potencia del bloque de la central eléctrica de ciclo combinado mostrada en la figura 1 durante la parada.
En primer lugar se hará referencia a la figura 1.
En la figura 1 está representada una central eléctrica de ciclo combinado 1.
En el presente ejemplo de ejecución, la central eléctrica de ciclo combinado 1 presenta una turbina de gas 2, una turbina de vapor 3, un condensador 4 y una caldera 5.
La central eléctrica de ciclo combinado 1 puede estar diseñada como un sistema de múltiples ejes (del inglés: Multishaft) en el cual la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 accionan respectivamente un generador (no mostrado). Alternativamente, la central eléctrica de ciclo combinado 1 también puede estar diseñada como un sistema de eje único (del inglés: singleshaft), en el cual la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 así como un generador están conformados por un eje común; en donde también puede estar proporcionado un piñón libre de auto-sincronizado para el desacoplamiento.
En el funcionamiento normal, la turbina de gas 2 se alimenta con aire y gas. Los gases de escape calientes de la turbina de gas 2 se suministran a la caldera 5 a través de una línea de escape 14 para la generación de vapor de agua y se descargan a través de una salida 15. A través de una línea de vapor 16, se suministra vapor desde la caldera 5 a la turbina de vapor 3 en donde se expande. El vapor expandido se suministra al condensador 4 a través de una línea de vapor adicional 17, desde la cual a continuación se suministras condensado a la caldera 5 a través de una línea de condensado 18.
Ahora se hará referencia adicionalmente a la figura 2.
Se muestra una estructura de regulador para la central eléctrica de ciclo combinado 1 representada en la Figura 1. La estructura del regulador presenta un regulador de potencia de turbina de gas 8 y un regulador de potencia de turbina de vapor 9; en donde el regulador de potencia de turbina de gas 8 está asociado a la turbina de gas 2 -simbolizada en la figura 2 por la turbina de gas de la ruta de regulación 6 y el regulador de potencia de turbina de vapor 9 está asociado a la turbina de vapor 3 - en la figura 2 simbolizado por la turbina de vapor de la ruta de regulación 7.
Como en sí resulta conocido, la variable de salida de la turbina de gas 2 y de la turbina de vapor 3 se registra como el respectivo valor real IST, a partir de un respectivo valor objetivo OBJETIVO y valor real REAL se conforma una diferencia de control y se suministra al respectivo regulador de potencia de la turbina de gas 8 y al regulador de potencia de las turbinas de vapor 9 como desviación normal e. El respectivo regulador de potencia de la turbina de gas 8 y el regulador de potencia de la turbina de vapor 9 suministran entonces una respectiva variable de ajuste u, que se aplica a la respectiva turbina de gas de la ruta de regulación 6 y a la turbina de vapor de la ruta de regulación 7 para asegurar así una potencia deseada.
Durante una parada se activa un dispositivo de parada 13. En el ejemplo de ejecución mostrado en la figura 2, el dispositivo de parada 13 está diseñado como un dispositivo de especificación de valor objetivo 10.
El dispositivo de parada 13 conmuta una curva de valor objetivo de parada ASV I para la turbina de gas 2 y una curva de valor objetivo de parada ASV II para la turbina de vapor 3 como respectivos valores objetivo en el regulador de potencia de turbina de gas 8 y el regulador de potencia de turbina de vapor 9. La curva de valor objetivo de parada ASV I para la turbina de gas 2 y la curva de valor objetivo de parada ASV II para la turbina de vapor 3 en el presente ejemplo de ejecución presentan en cada caso una serie de valores de magnitud decreciente, que están coordinados entre sí y se conectan sucesivamente al controlador de potencia de la turbina de gas 8 y al controlador de potencia de la turbina de vapor 9 después de un período de tiempo predeterminado, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1 (véase la figura 5).
Ahora se hará referencia adicionalmente a la figura 3.
Se muestra otra estructura de regulación para la central eléctrica de ciclo combinado 1 representada en la Figura 1. La estructura de regulador mostrada en la figura 3 presenta un dispositivo de apagado 13, que en el presente ejemplo de ejecución también puede estar diseñado como un dispositivo de control piloto 11.
El dispositivo de parada 13 conmuta a través de su respectiva curva de valor objetivo de parada ASVI, ASV II también una curva de control piloto de parada AVV I para la turbina de gas 2 y una curva de control piloto de parada AVV II para la turbina de vapor 3 como valores de ajuste respectivos s directamente en la turbina de gas 2 o la turbina de gas de la ruta de regulación 6 y la turbina de vapor 3 o la turbina de vapor de la ruta de regulación 7. La curva de control piloto de parada AVV I para la turbina de gas 2 y la curva de control de piloto de parada AVV II para la turbina de vapor 3 en el presente ejemplo de ejecución presentan respectivamente una serie de valores de magnitud decreciente, que están coordinados entre sí y que se conectan sucesivamente, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1 (véase la figura 5).
A continuación se hará referencia adicionalmente a la figura 4.
Se muestra una estructura de control para la central eléctrica de ciclo combinado 1 representada en la Figura 1.
La estructura de control mostrada en la figura 4 presenta un dispositivo de parada 13, que en el presente ejemplo de ejecución está diseñado como un dispositivo de control 12 y que presenta una unidad de control de turbina de gas 13 para el control de la turbina de gas 2 y una unidad de control de turbina de vapor 14 para el control de la turbina de vapor 3.
El dispositivo de parada 13 conmuta una curva de variable de ajuste de parada ASG I a la turbina de gas 2 o la turbina de gas de la ruta de regulación 6 y una curva de variable de ajuste de parada ASG I a la turbina de vapor 3 o la turbina de vapor de la ruta de regulación 7, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1 (véase la figura 5).
A continuación se hará referencia adicionalmente a la figura 5.
De manera esquemática se muestra la curva de velocidad n y la curva de potencia de bloque P de la central eléctrica de ciclo combinado 1.
Una detención comienza en el momento t0. De esta manera, el dispositivo de parada 13 está activo en ese momento.
Cuando el dispositivo de parada 13 está diseñado como un dispositivo de especificación de valor objetivo 10, el dispositivo de parada 13 conmuta la curva de valor objetivo de parada ASV I para la turbina de gas 2 y la curva de valor objetivo de parada ASV II para la turbina de vapor 3 como valores objetivo respectivos en el regulador de potencia de la turbina de gas 8 y el regulador de potencia de la turbina de vapor 9, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1.
Cuando el dispositivo de parada 13 está diseñado como un dispositivo de control piloto 11, el dispositivo de parada 13 conmuta una curva de control piloto de parada AVV I para la turbina de gas 2 y una curva de control piloto de parada AVV II para la turbina de vapor 3 como respectivos valores de ajuste directamente a la turbina de gas 2 o la turbina de gas de la ruta de regulación 6 y la turbina de vapor 3 o la turbina de vapor de la ruta de regulación 7, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1.
Cuando el dispositivo de parada 13 está diseñado como una unidad de control 12, el dispositivo de parada 13 conmuta una curva de variable de ajuste de parada ASG I a la turbina de gas 2 o la turbina de gas de la ruta de regulación 6 y una curva de variable de ajuste de parada ASG I a la turbina de vapor 3 o la turbina de vapor de la ruta de regulación 7, de modo que la turbina de gas 2 y la turbina de vapor 3 se alivian esencialmente en el mismo momento t1.
Por lo tanto, dentro de una ventana de tiempo, que se extiende desde el momento t0 al momento t1, es decir, desde el inicio del proceso de apagado hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior, la turbina de gas 2 se puede apagar al mismo tiempo que la turbina de vapor 3. Además, el perfil de potencia del bloque P desciende a cero dentro de la ventana de tiempo entre los momentos t0 a T1.
De esta manera se puede acelerar el apagado. En este caso, una ventaja, aunque no un requisito previo, consiste en que la turbina de gas 2 presenta una dinámica elevada.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado (1); en donde la central eléctrica de ciclo combinado (1) presenta una turbina de gas (2) y una turbina de vapor (3) así como un dispositivo de parada (13), y en donde para la detención de la turbina de gas (2) y de la turbina de vapor (3), la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) funcionan dentro de una ventana temporal que se extiende desde el inicio del proceso de apagado en un primer momento (t0) hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior en un segundo momento (t1),
caracterizado porque,
el dispositivo de parada (13) opera la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) de tal manera que la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) se alivian esencialmente en el mismo momento (t1) y la potencia del bloque desciende a cero; en donde energía térmica almacenada en la central eléctrica de ciclo combinado (1) evita un descenso inmediato de una temperatura del vapor para un funcionamiento por debajo de una potencia mínima de la turbina de gas (2) dentro de la ventana de tiempo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
en donde a la turbina de gas (2) está asociado un controlador de potencia de turbina de gas (7) y a la turbina de vapor (3), un controlador de potencia de turbina de vapor (8), y en donde para el controlador de potencia de turbina de gas (7) y el controlador de potencia de turbina de vapor (8) se proporciona el respectivo valor objetivo con una respectiva curva de valor objetivo de parada (ASV I, ASV II) a fin de que la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) se alivien esencialmente en el mismo momento (t1).
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
en donde a la turbina de gas (2) está asociado un regulador de potencia de turbina de gas (7) y a la turbina de vapor (3), un regulador de potencia de turbina de vapor (8); y en donde la respectiva variable de ajuste del regulador de potencia de la turbina de gas (7) y del regulador de potencia de la turbina de vapor (8) se aplican respectivamente con una curva piloto de parada (AVV I, AVV II) para aliviar la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) esencialmente en el momento (t1).
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
en donde con el dispositivo de parada (13) se proporciona respectivamente a la turbina de gas (2) y a la turbina de vapor (3) una respectiva curva de variable de ajuste de parada (ASG I, ASG II) para aliviar la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) esencialmente en el mismo momento (t1).
5. Producto de programa informático
con componentes que están configurados para ejecutar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4.
6. Central eléctrica de ciclo combinado (1) con una turbina de gas (2) y una turbina de vapor (3) así como un dispositivo de parada (13); en donde el dispositivo de parada (13) está configurado para operar la turbina de gas (13) y la turbina de vapor (3) para que funcionen dentro de una ventana temporal que se extiende desde el inicio del proceso de apagado en un primer momento (t0) hasta que la temperatura del vapor desciende a un valor límite inferior en un segundo momento (t1), caracterizada porque
la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) se alivian esencialmente en el mismo momento (t1) y la potencia del bloque desciende a cero; en donde energía térmica almacenada en la central eléctrica de ciclo combinado (1) evita un descenso inmediato de una temperatura del vapor para un funcionamiento por debajo de una potencia mínima de la turbina de gas (2) dentro de la ventana de tiempo.
7. Central eléctrica de ciclo combinado (1) según la reivindicación 6,
en donde a la turbina de gas (2) está asociado un regulador de potencia de turbina de gas (7) y a la turbina de vapor (3), un regulador de potencia de turbina de vapor (8), y en donde está proporcionado un dispositivo de parada (13) que proporciona para el regulador de potencia de turbina de gas (7) y el regulador de potencia de turbina de vapor (8) el respectivo valor objetivo según una respectiva curva de valor objetivo de parada (ASV I, ASV II) para que la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) se alivien esencialmente en el mismo momento (t1).
8. Central eléctrica de ciclo combinado (1) según la reivindicación 6,
en donde a la turbina de gas (2) está asociado un regulador de potencia de turbina de gas (7) y a la turbina de vapor (3), un regulador de potencia de la turbina de vapor (8); y en donde el dispositivo de parada (13) aplica respectivamente una curva piloto de parada (AVV I, AVV II) al regulador de potencia de la turbina de gas (7) y al regulador de potencia de la turbina de vapor (8) para aliviar la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) esencialmente en el momento (t1).
9. Central eléctrica de ciclo combinado (1) según la reivindicación 6,
en donde está proporcionado un dispositivo de parada (13) que especifica respectivamente una curva de variable de ajuste de parada (ASG I, ASG II) para aliviar la turbina de gas (2) y la turbina de vapor (3) esencialmente en el mismo momento (t1).
ES17791600T 2016-11-07 2017-10-11 Procedimiento para el funcionamiento de una central eléctrica de ciclo combinado Active ES2856149T3 (es)

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