DE102019216179A1 - Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine (1,2) bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie zur Erhitzung/Verdampfung des Arbeitsfluides der Dampfturbine (1,2), wobei die Dampfturbine (1,2) wenigstens ein Stellventil (3,4) umfasst, über das, durch Verändern der Stellventilposition, eine Regelung des in die Dampfturbine (1,2) einströmenden Massenstroms des Arbeitsfluides erfolgt.Die Verfahren regeln den Massenstrom dabei in der Weise, dass über den Massenstrom die Temperatur des Arbeitsfluides eingestellt wird, und zwar so, dass keine unzulässigen thermomechanischen Beanspruchungen an den heißgehenden Bauteilen der Dampfturbine verursacht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3.
  • In der aktuellen Diskussion um die CO2-freie Erzeugung thermischer Energie spielen Solarkraftwerke eine zunehmende Rolle. Bei Solarkraftwerken wird die Sonnenenergie in der Regel mit Hilfe von Spiegeln gebündelt. Bei dieser Art von Solarkraftwerken spricht man auch von Concentrated Solar Power Kraftwerken (kurz CSP). CSP-Kraftwerke werden insbesondere in Form von Parabolrinnenkraftwerken, mit solarer Erzeugereinheiten ausgebildet. Bei Parabolrinnenkraftwerken sind diese solaren Erzeugereinheiten Parabolspiegel, die in ihrem Brennlinienbereich eine Rohrleitung für ein Wärmeträgermedium (z.B. Wärmeträgeröl) aufweisen. In dieser Brennlinie wird bei Sonneneinstrahlung das Wärmeträgermedium erwärmt und anschließend über einen Wärmetauscher mit Wasser beziehungsweise Dampf (oder allgemein einem Arbeitsfluid) in Verbindung gebracht. Durch Wärmeübertragung wird Heißdampf erzeugt, welcher in einem Dampfkreislauf eine Dampfturbine des Solarkraftwerkes antreibt. Durch schwankende Sonneneinstrahlung beispielsweise durchziehende Bewölkung kann die zur Verfügung stehende thermische Energie zum erhitzen/verdampfen eines Arbeitsfluides stark schwanken.
    Neben Parabolrinnenkraftwerken gibt es beispielsweise auch Solar-Turmkraftwerke, bei denen ein Spiegelfeld die Solarstrahlung auf einen Receiver im Turm fokussiert.
  • Auch transiente Betriebszustände, wie die Einspeisung von Wärme aus einem thermischen Speicher können zu Temperaturschwankungen des Arbeitsfluides führen.
  • Für heißgehende Bauteile der Dampfturbine stellen rasche Temperaturänderungen allerdings eine große thermomechanische Beanspruchung da. Um die Beanspruchung innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, wird die Temperatur, des der Dampfturbine zugeleiteten Arbeitsfluides gemessen und überwacht. Bei zu starken Änderungen innerhalb kurzer Zeit erfolgt eine Abschaltung (Schnellschuss) der Dampfturbine durch Unterbrechung der Dampfzufuhr. Hierdurch sollen thermomechanisch bedingte Beschädigungen (Anrissbildung) von Bauteilen vermieden werden.
  • Durch den Schnellschuss kann allerdings eine noch vorhandene thermische Leistung nicht mehr genutzt werden, wodurch der Nutzungsgrad der Dampfturbinenanlage sinkt, was für den Betreiber der Anlage als erheblicher Nachteil zu werten ist.
  • Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine bei schwankender thermischer Energie bereitzustellen, welches auch unter stark schwankender Bereitstellung thermischer Energie einen zuverlässigen Betrieb ohne Schnellschluss der Turbine ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Eine alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 3.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erste erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine, bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie, zur Erhitzung/Verdampfung des Arbeitsfluides der Dampfturbine, wobei die Dampfturbine wenigstens ein Stellventil umfasst, über das, durch Verändern der Stellventilposition, eine Regelung des in die Dampfturbine einströmenden Massenstroms des Arbeitsfluides erfolgt, zeichnet sich dadurch aus, dass
    • - ein Temperaturband mit einer oberen und einer unteren Bandgrenze festgelegt wird;
    • - bei einem unterschreiten der unteren Bandgrenze, der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine zugeführt wird, durch Änderung der Stellventilposition, so reduziert wird, dass die Temperatur des Arbeitsfluides innerhalb des Temperaturbandes bleibt,
    • - bei einem nachfolgenden Anstieg der Temperatur des Arbeitsfluides über die obere Bandgrenze, der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine zugeführt wird, durch Änderung der Stellventilposition, erhöht wird, so dass die Temperatur des Arbeitsfluides innerhalb des Temperaturbandes bleibt.
  • Durch das Verfahren wird ein bestimmtes Temperaturband vorgegeben, innerhalb dessen sich die Temperaturänderungen bewegen können, ohne dass dies zu einer Änderung der Stellventilposition führt. Erst das Über-/Unterschreiten der Bandgrenzen führt zu einer Veränderung der Stellventilposition des Stellventils. Die Temperaturänderung auf Grund durchziehender Bewölkung setzt sich typischerweise aus einem kurzzeitig Temperatursprung mit einem nachfolgend weiteren langsameren Temperaturabfall zusammen. Die Temperaturänderung ist dabei so lange nicht problematisch und bewirkt somit auch keine Änderung der Stellventilposition, so lange die Temperaturänderung sich in dem vorgegebene Temperaturband bewegt. Typischerweise kurzzeitige (unmittelbar) zulässige Temperatursprünge liegen dabei bei ca. 20-30K und der nachfolgend zulässige langsame Temperaturabfall bei ca. 1-3K/min.
  • Bei einem unzulässig hohen Temperaturabfall und damit einer Unterschreitung der Bandgrenze würde das Stellventile leicht schließen, was zu einer Reihe positiver Effekte führen würde und in vielen Fällen einen Schnellschluss vermeiden könnte.
  • Insbesondere führt das Schließen des Stellventils zu den folgenden Effekten:
    • - die Verdampfungstemperatur in dem zur Dampfturbinenanlage gehörenden Dampferzeuger steigt auf Grund der Druckerhöhung an;
    • - die Grädigkeit eines Überhitzers sinkt wegen dem geringeren Massenstrom und der höheren Dichte;
    • - die Temperatur des Dampfes in den zuströmenden Dampfleitungen fällt auf Grund der Kompression des Dampfes (Rückstau) weniger stark ab;
    • - der Druck in der Turbine als maßgebliche Größe für den Wärmeübergang zwischen dem Dampf und den Turbinenbauteilen sinkt ab, so dass ein höherer Freibetrag (Temperatursprung/Temperaturänderung) möglich ist;
    • - mittelfristig (einige Minuten) kann die Temperatur des Wärmeträgermediums stabil gehalten werden, da es gegenüber einer ungeregelten Lösung weniger stark abkühlt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend Anspruch 1 arbeitet somit als „Limiter“, d.h. es werden die jeweils maximale Abweichung je Zeit vorgegeben. Die Limits (Band Ober- und Untergrenze) sind dabei so zu wählen, dass ein Schnellschluss nur dann ausgelöst wird, wenn eine tatsächliche Gefährdung der Bauteile durch thermomechanische Beanspruchung zu befürchten ist. Der Eingriff des „Limiters“ würde zwar eine (wärmebedingte) Leistungsminderung bewirken, würde aber einen Schnellschluss und damit die Beendigung der mechanischen Energiebereitstellung verhindern.
  • Bei einem nachfolgenden Anstieg der Dampftemperatur käme der „Limiter“ außer Eingriff und das Stellventil würde wieder weiter geöffnet. Damit würde wieder die gesamte Leistung zur Verfügung stehen. Da sich die Turbinenbauteile auf Grund des „Limiter“ Eingriffs weniger stark abgekühlt haben, steht auch noch der Temperatursprung nach oben (obere Bandgrenze) nahezu vollständig zur Verfügung.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Temperaturband keine festen absoluten Grenzen aufweist, sondern sich mit dem Durchwärmungszustand der Dampfturbine verschiebt. Sinkt die Temperatur der Dampfturbine beispielsweise durch längere Bewölkung ab, so verschiebt sich auch das Temperaturband zu einer niedrigeren mittleren Temperatur. Hierdurch kann verhindert werden, dass es auch bei einer langsam sinkenden Temperatur, welche keine unzulässig hohen thermomechanischen Spannungen hervorruft, zu einem unterschreiten der Banduntergrenze und damit zu einem nicht notwendigen Eingriff in die Regelung der Dampfturbine kommt.
  • Das zweite erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine, bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie, zur Erhitzung/Verdampfung des Arbeitsfluides der Dampfturbine, wobei die Dampfturbine wenigstens ein Stellventil umfasst, über das, durch Verändern der Stellventilposition, eine Regelung des in die Dampfturbine einströmenden Massenstroms des Arbeitsfluides erfolgt, zeichnet sich dadurch aus, dass der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine zugeführt wird, durch ein Verändern der Stellventilposition, so geregelt wird, dass die Temperatur des Arbeitsfluides im Wesentlichen konstant gehalten wird. Im Wesentlichen bedeutet dabei innerhalb der durch die Regelung vorgegeben Schwankungsbreite.
  • Im Gegensatz zum Limiter greift die Regelung beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren nicht erst ein, wenn die thermomechanische Beanspruchung einen kritischen Wert erreicht, sondern regelt die Temperatur des Arbeitsfluides fortwährend und wirkt dabei auf eine Vergleichmäßigung der Temperatur des Arbeitsfluides hin.
  • Die Regelung unterscheidet sich damit wesentlich von den bisherigen Regelungsarten, Drehzahlregelung, Druckregelung und Leistungsregelung, die ebenfalls über die Stellventilposition der Turbine wirken. Die regelungsarten sind für konventionelle Dampfturbinen gut geeignet, führen jedoch insbesondere bei Solarkraftwerken zu unerwünschten Schnellschlüssen oder hohen thermomechanischen Beanspruchungen. Mit der vorgeschlagenen Temperaturregelung können hingegen die den solarthermischen Prozessen innewohnenden Schwankungen der Wärmebereitstellung durch einen leittechnischen Eingriff kompensiert werden, und zwar ohne das bei einem Limiter vorliegende Totband.
  • Die Regelung kann dabei beispielsweise auf eine vorgegebene oder eine aus Messdaten rollierend ermittelte Temperatur regeln. Dabei wird die Stellventilposition so angepasst, dass die zu erwartenden Temperaturschwankungen möglichst unmittelbar kompensiert werden. Auf diese Weise können die Temperaturschwankungen in der Turbine auf ein Minimum reduziert werden.
  • Die Erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie sind nicht beschränkt auf den Frischdampf, sondern können genauso vorteilhaft für Zwischenüberhitzungsdampf, oder Zudampf eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • - 1: Ein CSP-Kraftwerk welches zum Betreiben mit den Erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist.
    • - 2: Eine beispielhafte Dampftemperaturverteilung an einem wolkigen Tag in einem CSP-Kraftwerk mit herkömmlicher Regelung der Turbine.
    • - 3: Eine beispielhafte Dampftemperaturverteilung an einem wolkigen Tag in einem CSP-Kraftwerk bei einer erfindungsgemäßen Regelung mittels „Limiter“ nach Anspruch 1
    • - 4: Eine beispielhafte Dampftemperaturverteilung an einem wolkigen Tag in einem CSP-Kraftwerk bei einer erfindungsgemäßen Regelung der Dampftemperatur nach Anspruch 3.
  • Die Figuren zeigen vereinfachte und schematische Darstellungen der Erfindung. Gleiche bzw. funktionsgleiche Teile sind nachfolgend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein CSP-Kraftwerk welches zum Betreiben mit den Erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist. Das CSP-Kraftwerk ist im Ausführungsbeispiel als Parabolrinnenkraftwerk ausgebildet. Das Verfahren ließe sich aber ohne weiteres auch bei einem Solarturmkraftwerk anwenden.
  • Das CSP-Kraftwerk umfasst zwei Fluidkreisläufe einen solarthermischen Kreislauf 5 und eine Wasser-Dampfkreislauf 6.
  • Der solarthermische Kreislauf 5 umfasst eine Reihe von Parabolspiegeln 7 durch deren Brennlinien Rohre hindurchgeführt werden, welche mit einem Wärmeträgerfluid beispielsweise einem Thermoöl oder einer Salzlösung gefüllt sind. Durch die Sonnenstrahlung wird das das Wärmeträgerfluid erhitzt, dabei kann das Wärmeträgerfluid Temperaturen von etwa 400°C bei Solarturmkraftwerken sogar bis 600°C erreichen. Das erhitzte Wärmeträgerfluid zirkuliert innerhalb des solarthermischen Kreislaufs 5. Hierzu sind innerhalb des solarthermischen Kreislaufs 5 mehrere Fluidpumpen 8, 9 angeordnet. Je nach Betriebsmodus kann das Wärmeträgerfluid über Wärmetauscher fluidkommunizierend Wärme an den Wasser-Dampfkreislauf 6 übertragen oder einem Wärmespeicher 10 zugeführt werden, um dort gespeichert zu werden und bei nachlassender Sonneneinstrahlung (beispielsweise nachts oder bei aufziehender Bewölkung), dem solarthermischen Kreislauf 5 wieder zu Verfügung gestellt zu werden. Prinzipiell ist auch ein Mischbetrieb möglich, bei dem ein Teil der Wärme dem Wärmespeicher 10 und ein anderer Teil dem Wasser-Dampfkreislauf 6 zur Verfügung gestellt wird. Die Regelung kann auf einfache Weise mittels eines Regelventil 11, welche im solarthermischen Kreislauf 5 angeordnet sind erfolgen.
  • Der Wasser-Dampfkreislauf 6 umfasst einen Verdampfer 12, sowie einen ersten Überhitzer 13. Der Verdampfer 12 sowie der erste Überhitzer 13 sind als Wärmetauscher ausgebildet und fluidkommunizierend mit dem solarthermischen Kreislauf 5 verbunden. Hierdurch kann die Wärme vom Wärmeträgerfluid des solarthermischen Kreislaufs 5 auf den Wasser-Dampfkreislauf 6 übertragen werden. Dabei wird das Wasser im Wasser-Dampfkreislauf 6 im Verdampfer 12 verdampft und nachfolgend im Überhitzer 13 auf Frischdampfparameter gebracht. Der Frischdampf kann dann über eine Frischdampfleitung 14 der Dampfturbine zugeführt werden. Im Ausführungsbeispiel weist die Dampfturbine einen Hochdruckteil 1 (HD-Teil) und einen Mitteldruckteil 2 (MD-Teil) auf. Der Frischdampf wird dabei zunächst in den Eintrittsbereich des HD-Teils 1 geführt und entspannt sich innerhalb des HD-Teils 1 anschließend verlässt der entspannte Dampf den HD-Teil 1 über einen Austrittsbereich und wird einer Zwischenüberhitzung zugeführt. Die Zwischenüberhitzung weist einen weiteren Wärmetauscher 15 auf, der ebenfalls mit dem solarthermischen Kreislauf 5 gekoppelt ist. Im Wärmetauscher 15 wird der Dampf bei konstantem Druck auf annähernd Frischdampftemperatur erwärmt und über eine Zwischenüberhitzungsleitung 16 in den Eintrittsbereich des MD-Teils 2 geleitet. Dort wird der Dampf erneut entspannt und über den Austrittsbereich einem Kondensator 17 zugeführt in dem der Dampf kondensiert und von wo er erneut dem Verdampfer 12 zugeführt werden kann. Durch die Entspannung des Dampfes innerhalb des HD- und des MD-Teils 1, 2 wird die thermische Energie des Dampfes in mechanische Energie umgewandelt. Diese mechanische Energie kann mit Hilfe eines mit der Dampfturbine gekoppelten Generators 18 in elektrischen Strom umgewandelt werden.
  • Um den in die Dampfturbine einströmenden Massenstrom zu regeln ist in der Frischdampfleitung 14 und in der Zwischenüberhitzungsleitung 16 jeweils ein Stellventil 3, 4 angeordnet. Durch eine Veränderung der Stellventilposition des Stellventils 3, 4 kann der in den jeweiligen Turbinenteil (HD/MD-Teil) einströmende Dampfmassenstrom geregelt werden. Die Stellventile 3, 4 sind mit einer Regeleinrichtung 19 verbunden, die die entsprechenden Stellsignale an die Stellventile 3, 4 übermittelt. Die Regeleinrichtung 19 umfasst ferner Temperatursensoren 20, 21 die die IST-Temperatur (TIST ) des Dampfes in der Frischdampfleitung 14 und der Zwischenüberhitzungsleitung 16 erfassen.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Dampftemperaturverteilung an einem wolkigen Tag in einem CSP-Kraftwerk. Die Temperatur des Dampfes, welcher der Dampfturbine zugeführt wir, schwankt dabei auf Grund der durchziehenden Wolkenfelder während des Tagesverlaufes zwischen etwa 340°C und 380°C. So lange die Temperaturschwankungen nur gering sind, hat dies keinen Einfluss auf den Betrieb des CSP-Kraftwerkes. Größere Temperaturänderungen innerhalb kürzerer Zeit stellen allerdings für heißgehende Bauteile der Dampfturbine eine große thermomechanische Beanspruchung dar. Um die Beanspruchung innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, werden die der Dampfturbine zugeleiteten Dampftemperaturen TIST gemessen und von der Regelungseinrichtung 19 überwacht. Bei einer zu starken Änderung der Dampftemperatur TIST innerhalb kurzer Zeit erfolgt eine Abschaltung (Schnellschluss) der Dampfturbine. Dabei wird die Dampfzufuhr vollständig unterbrochen, so dass keine Leistung mehr anliegt. Durch den Schnellschluss soll eine thermomechanisch bedingte Beschädigung der Bauteile vermieden werden. Die überwachten Grenzwerte umfassen typischerweise einen kurzfristig zulässigen Temperatursprung (20-30K) mit einer nachfolgenden weiteren Temperaturänderung (1-3K/min).
  • Wie in 2 zu erkennen ist, kommt es im vorliegenden Beispiel, zwischen 14.00-16.00 Uhr zu zwei starken Temperaturabfällen, welche zu einem Schnellschluss und damit zum Herunterfahren der Dampfturbine führen würde. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass die Temperatur des Dampfes noch bei deutlich über 300°C liegt. Diese thermische Energie würde beim Schnellschluss nicht weiter genutzt werden, was zu einer deutlichen Verschlechterung des Nutzungsgrades führen würde.
  • Um die thermische Energie zukünftig nicht ungenutzt zu lassen, schlägt die vorliegende Erfindung die in der in 3 gezeigten Regelung vor, bei der ein Temperaturband mit einer oberen und einer unteren Bandgrenze (TMAX , TMIN ) festgelegt wird. Das Temperaturband ist dabei so auszuwählen, dass ein Temperatursprung innerhalb dieses Bandes keine unzulässig hohen thermomechanischen Beanspruchungen hervorruft. Das Temperaturband muss dabei keine absoluten Temperaturgrenzen aufweisen, sondern kann sich flexibel mit dem Durchwärmungszustand der Dampfturbine 1,2 verändern.
  • Das Temperaturband hat im Ausführungsbeispiel beispielsweise ein ΔT von 60°C, die obere Bandgrenze liegt bei TMAX = 400°C und die untere Bandgrenze bei TMIN = 340°C. Bei kurzfristigen Temperaturänderungen des Arbeitsfluides, die sich innerhalb der Bandgrenzen bewegen, greift das Verfahren nicht ein. Erst wenn der Temperaturabfall so groß ist, so dass die Temperatur des Arbeitsfluides TIST die untere Bandgrenze (TMIN ) zu unterschreiten droht erfolgt eine Änderung der Stellposition des Stellventils 3, 4. Dabei wir das Stellventil 3, 4 in Schließrichtung verfahren, so dass der Massenstrom des Arbeitsfluides so reduziert wird, dass die Temperatur des Arbeitsfluides (TIST ) innerhalb des Temperaturbandes bleibt.
    Zwischen der oberen und unteren Bandgrenze (TMAX /TMIN ) und der oberen und unteren Temperaturgrenze (TMAXMAX/TMINMIN) besteht vorzugsweise ein gewisser Abstand (TMAX<TMAXMAX und TMIN>TMINMIN), so dass der Schnellschluss nicht unmittelbar beim Erreichen der Bandgrenze ausgelöst wird.
  • Das Verfahren des Stellventils 3, 4 in Schließrichtung bewirkt im Einzelnen, dass:
    • - die Verdampfungstemperatur in dem zur Dampfturbinenanlage gehörenden Verdampfer 12 auf Grund der Druckerhöhung ansteigt;
    • - die Grädigkeit eines Überhitzers 13 wegen dem geringeren Massenstrom und der höheren Dichte sinkt;
    • - die Temperatur des Arbeitsfluides TIST in der zuströmenden Frischdampf- und Zwischenüberhitzungsleitungen 14, 16 auf Grund der Kompression des Dampfes (Rückstau) weniger stark abfällt;
    • - der Druck in der Turbine 1, 2 als maßgebliche Größe für den Wärmeübergang zwischen dem Dampf und den Turbinenbauteilen absinkt, so dass ein höherer Freibetrag (Temperatursprung/Temperaturänderung) möglich ist;
    • - mittelfristig (einige Minuten) die Temperatur des Wärmeträgermediums stabil gehalten werden kann, da es gegenüber einer ungeregelten Lösung weniger stark abkühlt.
  • Steigt die Temperatur des Arbeitsfluides TIST , beispielsweise auf Grund höhere Sonneneinstrahlung wieder an, so wird spätestens beim Erreichen der oberen Bandgrenze (TMAX ), der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine 1, 2 zugeführt wird, durch Änderung der Stellventilposition erhöht, so dass die Temperatur des Arbeitsfluides TIST innerhalb des Temperaturbandes bleibt und wieder die gesamte Leistung zur Verfügung steht. Da sich die Turbinenbauteile auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens weniger stark abkühlen, steht auch noch der Temperatursprung nach oben nahezu vollständig zur Verfügung. Die Änderung der Stellventilposition kann auch bereits unterhalb der oberen Bandgrenze (TMAX ), beispielsweise beim Erreichen der Bandmitte oder einer mittleren Bauteiltemperatur erfolgen.
  • Da für die thermomechanische Belastung der heißgehenden Bauteile der Dampfturbine 1, 2 im Wesentlichen die kurzfristigen Temperaturänderungen verantwortlich sind, kann nachdem sich die Temperatur auf eine weitgehend konstanten oder nur noch leicht veränderlichen Wert eingependelt hat die Bandgrenzen an die neue IST-Temperatur des Arbeitsfluides (TIST ) angepasst werden.
  • 4 zeigt die gleiche Bewölkungssituation wie in 3. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Regelung, die erst beim Überschreiten der festgelegten Bandgrenzen erfolgt, versucht die Regelung nach 4 durch ein Verändern der Stellventilposition des Stellventils 3, 4 den Massenstrom des Arbeitsfluides so zu verändern, dass die Temperatur des Arbeitsfluides (TIST ) im Wesentlichen konstant gehalten wird. Hierzu misst die Regeleinheit mittels der Temperatursensoren 20, 21 die Temperatur des Arbeitsfluides TIST und passt unmittelbar die Stellventilposition an, sobald sich die Temperatur des Arbeitsfluides TIST außerhalb eines gewissen Toleranzbereichs befindet. Diese Art der Regelung benötigt einen deutlich höheren Regelaufwand, sorgt allerding dafür, dass die Temperatur des Arbeitsfluides TIST nahezu konstant gehalten werden kann.
  • Die Regelung kann dabei beispielsweise auf eine fest vorgegebene oder eine aus Messdaten rollierend ermittelte Temperatur TSOLL regeln. Auch ist es möglich, dass das Verfahren zu erwartende Temperaturschwankungen bereits vor ihrem Eintreten berücksichtigt und die Stellventilposition so verändert, dass die Temperaturschwankungen minimiert werden. Eine solche zu erwartende Temperaturschwankung könnte beispielsweise ein hereinziehende Bewölkung sein, welche mit Hilfe eines Wetterradars oder anderer Wetterbeobachtungen bereits rechtzeitig vorausgesagt werden kann.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich Grundsätzlich, eine entsprechende Vorrichtung vorausgesetzt, für die Regelung der Temperatur des Frischdampfs als auch für den Zwischenüberhitzungsdampf und Zudampf.
  • Generell kann festgehalten werden, dass die beiden vorgestellten Verfahren, es durch eine Veränderung der Stellventilposition eines Stellventils ermöglichen, den Massenstrom und damit die Temperatur des in eine Dampfturbine einströmenden Arbeitsfluides zu beeinflussen und die Temperaturschwankungen infolge schwankender Sonneneinstrahlung oder transienter Betriebszustände, in zulässigen Grenzen zu halten. Ein bislang erfolgter Schnellschluss der Turbine kann dadurch in vielen Fällen vermieden werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine (1,2) bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie zur Erhitzung/Verdampfung des Arbeitsfluides der Dampfturbine (1,2), wobei die Dampfturbine (1,2) wenigstens ein Stellventil (3,4) umfasst, über das, durch Verändern der Stellventilposition, eine Regelung des in die Dampfturbine (1,2) einströmenden Massenstroms des Arbeitsfluides erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Temperaturband mit einer oberen und einer unteren Bandgrenze (TMAX, TMIN) festgelegt wird; - bei einem unterschreiten der unteren Bandgrenze (TMIN), der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine (1,2) zugeführt wird, durch Änderung der Stellventilposition, so reduziert wird, dass die Temperatur (TIST) des Arbeitsfluides innerhalb des Temperaturbandes bleibt, - bei einem nachfolgenden Anstieg der Temperatur (TIST) des Arbeitsfluides über die obere Bandgrenze (TMAX), der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine (1,2) zugeführt wird, durch Änderung der Stellventilposition, erhöht wird, so dass die Temperatur (TIST) des Arbeitsfluides innerhalb des Temperaturbandes bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturband keine festen absoluten Grenzen aufweist, sondern sich mit dem Durchwärmungszustand der Dampfturbine (1,2) verschiebt.
  3. Verfahren zur Regelung der Eintrittstemperatur eines Arbeitsfluides einer Dampfturbine (1,2) bei schwankender Bereitstellung thermischer Energie zur Erhitzung/Verdampfung des Arbeitsfluides der Dampfturbine (1,2), wobei die Dampfturbine (1,2) wenigstens ein Stellventil (3) umfasst, über das, durch Verändern der Stellventilposition, eine Regelung des in die Dampfturbine (1,2) einströmenden Massenstroms des Arbeitsfluides erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom des Arbeitsfluides, welcher der Dampfturbine (1,2) zugeführt wird, durch ein Verändern der Stellventilposition, so geregelt wird, dass die Temperatur (TIST) des Arbeitsfluides im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren, zu erwartende Temperaturschwankungen bereits vor ihrem Eintreten berücksichtigt und die Stellventilposition so verändert, dass die Temperaturschwankungen minimiert werden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid Frischdampf, Zwischenüberhitzungsdampf, oder Zudampf ist.
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