WO2013135761A2 - Leistungsregelung und/oder frequenzregelung bei einem solarthermischen dampfkraftwerk - Google Patents

Leistungsregelung und/oder frequenzregelung bei einem solarthermischen dampfkraftwerk Download PDF

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WO2013135761A2
WO2013135761A2 PCT/EP2013/055120 EP2013055120W WO2013135761A2 WO 2013135761 A2 WO2013135761 A2 WO 2013135761A2 EP 2013055120 W EP2013055120 W EP 2013055120W WO 2013135761 A2 WO2013135761 A2 WO 2013135761A2
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Matthias BUGGERT
Wolfgang WIESENMÜLLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • 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
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    • F01K3/004—Accumulation in the liquid branch of the circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the invention relates to a method for a tripodrege ⁇ ment and / or frequency or primary and / or a secondary control in a solar thermal steam power plant with a not freely adjustable primary heat source and an additional borrowed heat source and a solar thermal steam power plant.
  • a steam power plant is a type of power plant for
  • Power generation in which a thermal energy of steam in a steam turbine is converted into kinetic energy and further converted into electrical energy in a generator.
  • the steam required for operating the steam turbine is first of all generated in a steam boiler from previously cleaned and prepared (feed) water. By further heating the steam in a superheater, the temperature and specific volume of the steam increase. From the steam boiler, the steam flows via pipelines into the steam turbine, where it delivers part of its previously absorbed energy as kinetic energy to the turbine. To the turbine, a generator is coupled, which converts mechanical Leis ⁇ tion into electrical power.
  • the expanded and cooled steam flows into the con ⁇ capacitor, where it is condensed by heat transfer to the environment and accumulates as liquid water.
  • condensate pumps and preheaters through the water is cached in a feedwater tank and then through a feed pump and preheater through the again
  • Solar thermal power plants are also known, example ⁇ from http: // de. wikipedia. org / wiki / Solar thermal power plant (available on 14.03.2012).
  • a solar thermal power plant is a special form of steam power plant, in welehern solar energy is used as a primary source of energy or heat source for steam generation.
  • such a solar thermal power plant has two - via a heat exchanger (thermal) coupled - circuits, a primary (solar circuit) and a secondary circuit (water-steam cycle), ie. It works on a two-circuit principle.
  • the primary circuit or solar cycle is - to ⁇ usually a plurality of solar collectors, arranged in a solar collector field, flowing through - heat transfer medium, for example (thermal) oil there by solar irradiation he warms ⁇ (primary heat / energy source or primary energy / Heat supply).
  • - heat transfer medium for example (thermal) oil there by solar irradiation he warms ⁇ (primary heat / energy source or primary energy / Heat supply).
  • the heated heat transfer medium continues to flow through the heat ⁇ exchanger by the recorded thermal energy to the secondary circuit, the water-steam cycle, or to the local process medium, ie to a (food) water transmits.
  • the mechanical power is then converted into electrical power, which is fed as electrical power in a power grid.
  • the condenser being arranged ⁇ , in which the steam - after expansion in the turbine - the largest part of its heat transfer to the cooling water. During this process, the vapor liquefies by condensation.
  • the feed water pump promotes the resulting liquid water as feed water again to the heat exchanger, which also the secondary circuit is closed.
  • All of the information obtained in a solar thermal steam power plant are displayed in a control room and there, usually in a central processing unit, evaluated, operating states of individual power plant components are displayed, evaluated, controlled, controlled and / or regulated , Via control units, a power plant operator can intervene in a Be ⁇ operating sequence of the power plant, for example by opening or closing a valve or a valve or by a change in a supplied Brennstoffmen- ge.
  • the central component of such a control room is a Leit ⁇ computer, on which a block management, a central control or control and / or regulating unit, - for example, as an automation system / automation software - implemented by means of which a control, a STEU ⁇ tion and / or a regulation of the solar thermal power plant can be carried out.
  • a control a STEU ⁇ tion and / or a regulation of the solar thermal power plant can be carried out.
  • frequency control in power grids a distinction is made between different types of frequency control, for example a primary control and a secondary control with or without a so-called dead band. Since electrical energy on the way from producer to consumer ⁇ cher can not be stored, electricity generation and consumption must be in equilibrium at every moment in the power grid, meaning it has to be generated as much electrical energy as is consumed.
  • the frequency of the elec- innovative energy is the integrating control variable and assumes the power frequency rated value as long as electricity generation ⁇ supply and power consumption are in balance. The speeds of the power plant generators connected to a power grid are synchronized with this grid frequency.
  • Fluctuations in electricity consumption are distributed by the primary control system to the power plants involved in primary control throughout the electricity grid.
  • These provide a so-called primary control reserve, ie a power reserve, which is automatically supplied by the participating power plants to the power grid in order to compensate for the imbalance between production and consumption within seconds by regulating production.
  • the primary control thus serves to stabilize the network frequency with as small a deviation as possible, but at a level deviating from a prescribed nominal power frequency value.
  • the subsequent to the primary control Sekundärregelun has the task to restore the balance between the Stromerzeu ⁇ like and consumers in the power grid and thereby the network frequency again to the predetermined Netzfre quenznennwert, z. B. 50 Hz, due.
  • the power plants involved in the secondary control provide a secondary control reserve in order to restore the grid frequency to the nominal grid frequency and restore the balance in the grid.
  • the request for the primary control reserve and the discharge of the primary control reserve into the power grid are automatic by the control equipment of the power plants involved in the primary control (the power grid as such or the frequency change in the power grid requires the primary control reserve), whereas the secondary control is provided by a Parent network controller in the power grid at the power plants involved in the secondary control requested and then released to this request from the power plants in the power grid.
  • a generally large-scale expansion of the solar collector field also leads to temporally strongly delayed changes in the solar collector field. This can not be caused by a change in focusing of the solar collectors targeted adjustment of the generator power, which also the
  • an additional heat source for example an additional natural gas firing by means of special natural gas boilers, can be provided in the primary circuit for the primary heat source (in the solar cycle).
  • This additional heat source and in particular a such additional natural gas firing allows, as required, the temperature of varnishträ ⁇ transfer medium in the primary circuit to adjust, thereby correspondingly more or less electrical Power can be generated in the secondary circuit. If heat is supplied or reduced as required by the additional heat source, for example natural gas firing, the delivered electrical power plant output can be stabilized in such a solar thermal power plant with non-freely adaptable primary heat source / supply and with an additional heat source / heat supply or to some extent electric power ramps, as well as a frequency or primary and / or a secondary control are driven.
  • Performance only by a determined optional power i. a maximum mobile power of the power plant depending on the condition of individual power-limiting units (e.g., feed pumps in operation).
  • the additional heat source can also be used in the primary ⁇ circulation to keep the heat transfer medium liquid ( "antifreeze protection").
  • a measure of the use of this additional heat source such as the additional natural gas firing, but is based solely and alone For economic reasons, such additional firing or heat input requires additional / increased fuel and / or power plant costs.
  • Power regulation is possible because the fluctuations in the - unadaptable - primary heat source, ie the Solar energy, can not be influenced by the power plant and occur more or less randomly.
  • This process medium-immanent energy storage and this thermal storage in the water-steam circuit are aller- recently limited so that also is limited by available alternate ⁇ bare control reserve.
  • the invention has for its object to provide a method which one, in particular automatic or auto ⁇ matinstrumente, power control and / or frequency or primary and / or secondary control, in a solar thermal power plant with a non-adjustable primary heat source and a additional heat source allows. Also is the He ⁇ -making based on the object to create a suitable for a particular au ⁇ matic or automated, power control and / or frequency or primary and / or secondary control solar thermal power plant.
  • the object is by the method for, in particular auto ⁇ matischen or automated, power control and / or frequency or primary and / or secondary control in a solar thermal steam power plant with a non-adjustable primary heat source and an additional heat source and by a solar thermal power plant the features according to the respective independent claim.
  • a realization of the invention or a further development described is possible by a computer-readable storage medium on which a computer program is stored, which carries out the invention or a further development.
  • the invention and / or any further development described can also be realized by a computer program product which has a storage medium on which a computer program is stored which carries out the invention and / or the development.
  • the invention relates to a solar thermal power plant with a primary as well as with the primary, in particular via a heat exchanger (thermal) coupled secondary circuit.
  • the primary circuit is a - to a non anpassba ⁇ ren primary heat source for a primary supply of heat - additional heat source to a (additional) increasing or decreasing the supply of heat a circulating in the primary circuit heat transfer medium, for example a
  • the secondary circuit also has at least one thermi ⁇ rule energy storage.
  • Circulation - can be based on in a process medium of the secondary circuit, such as in a feedwater or water vapor of a water-steam cycle, immanent energy storage.
  • immanent energy storage for example, a throttling of a high-pressure turbine control valve, an overload introduction to the high-pressure turbine part, a condensate accumulation, a bypass of high-pressure preheaters and a Androsse- treatment of the bleed steam lines to the Hochlichvor Suitern known thermal energy storage ("Flexible Load Operation ⁇ tion and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants ", Wichtmann et al., VGB Power Tech 7/2007, pages 49-55).
  • thermal energy storage allows - in "retrieval” of the stored energy, eg by changing the throttling or building up the condensate - to some extent a change in performance in the secondary circuit. However, emptied it, ie "recall” there vomit ⁇ cherter energy, thermal energy storage.
  • the additional heat source is used to replenish the at least one thermal energy storage in the secondary circuit.
  • the additional heat input - be activated or increased by the additional heat source, such as a gas burner, on the heat transfer medium in the primary circuit, which - by the (thermal) coupling of the primary with the secondary circuit - to an additional energy input into the process medium of secondary cycle leads.
  • the additional heat source such as a gas burner
  • This additional energy input in the process medium of the seconding ⁇ dary cycle can fill the thermal energy storage are used in the secondary circuit then for the (re) - without that changes a power of the solar thermal power plant or drops.
  • the corresponding solar thermal power plant according to the invention has a data processing means, in particular a programmed computing unit, in particular implemented in a block guide, which is set up such that the inventive method for power control and / or frequency control is performed.
  • the inventive method allows for Leis ⁇ processing control and / or frequency or primary and / or secondarybalrequenzregelung as well as the corresponding erfindungsge ⁇ zeße solar thermal power plant a power control
  • the invention proves to be considerably advantageous in many respects.
  • the invention enables a power control operation of the solar thermal power plant.
  • the invention ⁇ It enables frequency or primary and / or secondary control capability of the solar thermal power plant.
  • required grid connection conditions can be met by a solar thermal power plant operated according to the invention.
  • the plant operator also receives corresponding remuneration for the primary and / or secondary regulation.
  • thermal energy storage means of the additional heat source is dependent on a degree of filling of the thermal energy storage. If, for example, the degree of filling of the thermal energy store falls below a certain level, it can be filled according to the invention.
  • the thermal energy storage can always be kept at or above a predetermined degree of filling.
  • the thermal energy store can always be filled completely or be.
  • the data processing means according to the invention is part of a block of the guide ⁇ solar thermal power plant.
  • the data processing ⁇ medium may be implemented in the block management.
  • the solar thermal power plant just then such a block guide, which is adapted to carry out the invention.
  • the additional sources of heat ⁇ le allows quick heat input to the heat transfer medium and / or that - within wide ranges - is re ⁇ Gelbar.
  • several smaller additional heat ⁇ sources (“small denominations") - instead of a large additional heat source - may be useful here.
  • the additional heat supply for the heat transfer medium or on the heat transfer medium a natural gas fire with a corresponding special natural gas burner or Natural gas boilers - or, in the case of smaller denominations - be with several natural gas burners or natural gas boilers or take place by means of such.
  • Other additional firings, such as coal or oil firing, are also possible.
  • a method for adjusting the nominal value of a nominal value in the solar-thermal power plant, in particular in the context of an automated power control or frequency or primary and / or secondary frequency control.
  • a current power range ((power) window) for the solar thermal power plant is determined for at least one predetermined time during operation of the solar thermal power plant.
  • This current power range of the solar thermal steam power plant can be limited by a lower control range limit and by an upper control range limit.
  • the current output range can be performed using a current output from the current primary heat supply through the primary heat source as well as using egg nes power range from the additional heat source ⁇ be true.
  • the current power range results from the current power from the current primary heat input by the primary heat source and / or the power range of the additional heat source.
  • a lower Leis ⁇ tung reserve can be considered processing rules with at least one replacement percentage for a performance and / or frequency or primary and / or secondary frequency control.
  • an upper power ⁇ reserve will also be taken into account with at least one replacement percentage for power control and / or frequency or primary and / or secondary frequency control.
  • setpoint adjustment can then be a current, for example, predetermined by a load distributor, setpoint of the solar thermal power plant, if the currently specified setpoint is outside the current power range, be set in the current power range.
  • the limits of the current power range can also be part of the current power range.
  • a current power range (power window) for the power plant is determined here at a time of operation of this solar thermal power plant. This current power range is determined by the
  • a power reserve with at least one power reserve component for power control and / or frequency or primary and / or secondary frequency control can then be "installed" respectively be taken into account.
  • the limits of the current power range can be considered as belonging to the area. These limits can be as limitations or of this current power range / (power) window may then be connected as a limitation to a set point adjuster of this solar thermal power plant, which the currently pre give ⁇ external command value if it lies outside the power window, that within the current butterfens ⁇ ters sets or leads into the current power window (setpoint adjustment).
  • the current setpoint to be adjusted can be pushed at least to / to the corresponding relevant upper or lower window limit.
  • a further displacement of the target value within the current power window is possible, for example, to the middle of the power window, however it appears appropriate to the desired value "only" to the souppper- limit zoom down, thereby avoiding unnecessarily large power ⁇ fluctuations of the system.
  • this solar thermal power plant located the predetermined or adjusted target value of this solar ⁇ thermal power plant within thiscabfens- ters, a power control, such as an electric Leis ⁇ tung ramp, the secondary or primary control, this solar thermal power plant is always possible or ensured.
  • a power control such as an electric Leis ⁇ tung ramp
  • ⁇ Telte Can performance that is, a maximum mobile performance of the solar thermal power plant according to the state a ⁇ of individual power limiting units (for example, feed pumps in operation).
  • the current power window and / or its limits can - for information - also be transmitted to the load distributor. If this setpoint adjustment over a time course, ie at successive times, a time interval, for example an operating phase or an operating time ⁇ ses steam power plant / solar thermal power plant, souge leads ⁇ so shifts with each of the currently available primary heat quantity, in particular solar radiation , (over time) the power window, within which the setpoint - for ensuring the power control and / or frequency or primary and / or secondary frequency control of this steam power plant - may lie, only automatically up or down.
  • a current setpoint which would now lie abruptly above the upper limit of the power window due to a reduction in the primary amount of heat, in particular when, for example, entry of clouds, and / or additional heat quantity capacity, can be adjusted accordingly by the setpoint adjuster, ie it can from the sinking upper Limitation automatically be guided down.
  • the setpoint adjuster ie it can from the sinking upper Limitation automatically be guided down.
  • the target value the overall by the displacement of the upper power window limit upward at his disposal presented exploit game and as much as mög ⁇ Lich (power), that is again limited by the translating upwardly power window limit, upward in the direction of the ur ⁇ originally predetermined outside the then performance window lying setpoint move.
  • the setpoint value can initially also be left at the level with the upper power window limit shifting upwards until a new, current setpoint is specified.
  • FIG 1 shows a control / control / system diagram of a power control capable solar thermal power plant according to an embodiment
  • FIG 2 is a schematic representation of a nursefens ⁇ ters of the power control performance solar thermal power plant according to FIG 1,
  • Embodiment 3 shows service areas and performance of a so-larthermischen power station in actual operation, and in procedurefol ⁇ give operating according to the embodiment.
  • FIG. 1 shows a control / control / system diagram 60 of a power-setting solar thermal power plant 1.
  • the power control capability of this solar thermal power station level 1 includes the ability of the secondary Rege ⁇ adjustment ( "Secondary grid frequency control").
  • All of the information obtained in the solar thermal power plant 1, such as measured values, process or status data are displayed in a control room and there in a central processing unit 64, a block guide 61 - as a central control or control and / or regulating organ of solar thermal Power station 1, evaluated, with operating states of individual power plant components are displayed, evaluated, controlled, controlled and / or regulated.
  • Control organs can intervene there by a control room operator (operator) on the Block Entry - as a central part of the host computer - or automatically in the operation of the solar thermal power plant 1 - and thereby the system - driven, for example, by opening or closing a valve or a valve or also by a change in an amount of fuel supplied.
  • the power control and / or Frequenzating. Primary and / or secondary frequency control and the automatic load following operation 71 of the solar thermal power plant 1 is controlled via the block guide 61.
  • This solar thermal power plant also in the following only briefly power plant 1, has two - via a multi-stage heat exchanger 40 (thermally) coupled - circuits 2, 3, a primary- (solar circuit) 2 and a secondary circuit (What ⁇ water vapor Cycle) 3, ie it operates on a two-circuit principle.
  • a multi-stage heat exchanger 40 thermoally coupled - circuits 2, 3, a primary- (solar circuit) 2 and a secondary circuit (What ⁇ water vapor Cycle) 3, ie it operates on a two-circuit principle.
  • the primary circuit or solar circuit 2 is a mostly a plurality of in a solar collector array 11 to ⁇ ordered solar panels 12 by flowing town umanme ⁇ dium 13, here a (thermal) oil 13, there heated by solar radiation 10 (primary heat / Energy source or primary energy / heat input or input, primary energy / source 10).
  • the heated heat transfer medium 13 also flows through a natural gas fired natural gas boiler 21, in which the "primary heated” thermal oil 13 is further heated 20 or can (additional heat source / supply, additional energy / source 20).
  • This additional heat source 20 on the one hand used to operate the plant 1 economically optimal, the - uncontrollable fluctuations unsuccessful - power from the primary power source 10 to stabilize and - described as nachfol ⁇ quietly in detail - the frequency control ability and the automatic load-following operation 71 of the Power plant 1 to ⁇ possible.
  • the additional heat source 20 is used to keep the thermal oil 13 liquid ("anti-freeze protection").
  • the thermal oil 13 flows through the heat exchanger 40, where it - at least partially - the absorbed thermal energy from primary and possibly additional heat 10, 20 to the secondary circuit 3, the water-steam circuit 3, or. to the local process medium 41, ie to a (food) water 41 transmits.
  • the (food grade) is where water is converted into steam 41 41, ie it is heated, vaporized and superheated, and flows through conduits 43 to the steam turbine 42, in which the water vapor 41 releases a part of its energy by relaxation as kinetic energy to the turbine 42.
  • the mechanical power is then converted into electrical power, which is fed as electrical current into a power grid 33 45.
  • a condenser 46 is arranged, in which the steam 41 - after relaxation in the turbine 42 - transmits most of its heat to cooling water. During this process, the vapor 41 liquefies by condensation ⁇ tion.
  • a feedwater pump 48 conveys the resulting liquid water 41 as feed water 41 again to the multi-stage heat exchanger 40, whereby the secondary circuit 3 is closed ⁇ sen.
  • FIG 1 shows example here such thermi ⁇ rule memory 63 in the form of a throttling of a high-pressure turbine control valve 47 and a high pressure turbine control valve throttle 47th
  • throttling of the high-pressure turbine control valve 63 controlled by the block guide 61 permits the targeted "call-off" of the feed water 41 or water vapor 41 immanent energy, whereby a targeted power change in the secondary circuit 3 - in the context of frequency control - is possible.
  • Turbine control valve 47 has been retrieved for the required power change in the frequency control energy / power, so this thermal memory 63, 47 - if necessary level or filling level depending - be filled again.
  • this additional energy input is transferred to the secondary circuit 3 and is available there for the replenishment of the used thermal storage 63, 47.
  • the throttling 47 is returned to its original state by block guide 61 - and the thermal reservoir 63, 47 is filled again.
  • FIG 1 shows, be it - via corresponding line ⁇ compounds 62 - the block guide 61 in particular, the performance of the solar panel 30, the operating state of the gas ⁇ lights 34, the state of the throttling 35 and the power generated from the power plant 1 31 as well as the Mains frequency 32 of the power network 33 transmitted.
  • FIG 1 further illustrates, then the control of the natural gas firing 20 - via control / regulation of the natural gas flow 22, 73 - and the throttling of the high pressure
  • Turbine control valve 47 - via the control / regulation of the high-pressure turbine control valve throttle 47, 72- also through the block guide 61. That is, the system 1 in the frequency or primary and / or secondary controlled Lastfole réelle 71 - after automatic specification of the load distributor 14th - be driven.
  • the plant 1 or the turbine 42 is in order to power control, i. in modified sliding pressure mode with throttled valves, driven.
  • the achievable power is limited only by a determined optional power 96, i. a maximum mobile power of the power plant 1 as a function of the state of individual power-limiting units (for example, feed pumps in operation).
  • FIG. 2 schematically illustrates the power following mode / load setting mode 71 or the corresponding power range 80 of the power plant 1 for the power follow-up mode b or. 71. possible by the system 1 operating power sequence b and 71, the system is in modified variable-pressure operation with ge ⁇ throttled valves is driven. Corresponding performance curves or the operating behavior are or is shown in more detail in FIG.
  • the power range (power window / "range of adaptability") 80 in which the power plant 1 can be automatically power-controlled, that is to say in the "load setting mode” 71, is subject to certain restrictions.
  • the recipesoll ⁇ value (setpoint) 70 of the system 1 must be in order to be automatically power controlled.
  • the boundaries 90 of the power window 80 are connected as a limitations on a power ⁇ set point adjuster (not labeled).
  • the power window 80 Downwardly the power window 80 is initially limited by the performance of the currently available primary power 81 plus the power from the minimal mög ⁇ union feuerbaren amount of natural gas 82; At the top, the power window 80 is initially limited by the power from the current available primary energy 81 plus the power from the maximum possible amount of flammable gas 83. Further, at the lower limit 90 of the power window 80, a natural gas fire amount is provided to achieve the economic optimum 86 , That is, the lower limit 90 of the Leis ⁇ tung window 80 shifts by this - considered economic boundary conditions - amount upwards.
  • Power plant 1 as long as it is within these "reserve limits" 91 (lower limit of the power range / window in the "load setting mode"), 92 (upper limit of the power range / window in the "load setting mode”) is driven, ie the setpoints are set within these limits 91, 92, quiet is controllable.
  • the lower power reserve 84 is composed of a reserve for underfiring at power ramps, a damper reserve, a reserve for unloading the vapor storage and the load control reserve and the reserve for the primary regulation;
  • the upper power reserve 85 is composed of a reserve for overshoot at power ramps, the damping reserve, a reserve for steam storage loading, and the reserve for power control and the reserve for the primary control.
  • This power window 80 may lie within which the target value 70 of the plant 1, is dynamic, ie it moves during the operation of the power plant 1 in depen ⁇ dependence of - fluctuating or changing - available primary energy 10, 93.
  • the power window 80 shifts upwards 94 represents less primary energy (cloudiness) available, shifts s I down the performance window 95.
  • the achievable power of the power plant 1, "Ranks of Operation" 100 is limited only by a determined optional power 96, ie a maximum drivable power of the power plant 1 depending on the state of individual power-limiting units (eg feed pumps in operation). . After below the traveling performance of the system is 1 le ⁇ diglich limited by a maximum (minimum) Last 97 wel ⁇ che for stable operation of the plant 1 at least emergency is agile.
  • the system 1 is to the actual ⁇ value tracked and load distributor influence or primary / secondary control influence switched off (actual operation 74). As FIG 1 shows, the power plant 1 by - part of the
  • Load distributor 14 Specification of the (power) setpoint, MWel, 70 driven. From this predetermined desired value 70, corresponding setpoint values for the natural gas firing control 73 and the turbine control 72 are determined - and the system 1 is regulated or driven accordingly.
  • FIG 3 shows in curves the power ranges and the operating performance of the solar thermal power plant 1 in actual operation a, c or 74 and in the power following mode b or 71 ("load setting mode")
  • Curves in [%] (axis 105) over time t (axis 106) angege ⁇ ben.
  • the curve 101 shows the course of the power available through the primary heat source / supply 10.
  • the curve 104 shows the profile of the (power) desired value of Appendices 1 ⁇ ge;
  • Curve 107 shows the actual power output of system 1.
  • the power plant 1 is operating in the varnishbe- b and 71 offset, in which the system is operated until the time point ⁇ B.
  • the power window 80 "opens" with the lower power window limits 102 and 91 shown in FIG. 3 and the upper power window limits 103 and 92, respectively.
  • the setpoint becomes approximately centered at time A .
  • the Leis ⁇ tung window 80 driven As FIG 3 also shows, shifts with changing the per ⁇ wells currently available "primary energy" 10, 101, the power window 80, within which the target value 70 - for ensuring the power control 71 in the solar thermal Power plant 1 - may lie (curve C), up or down.
  • a current setpoint value 70 which as a result of an increase in the primary energy 10 would suddenly be below the lower limit 102, 91 of the power window 80 (point E), is adjusted in accordance with the setpoint adjuster, i. it is automatically guided upwards by the rising lower limit 102 (course / phase d).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine, insbesondere automatische oder automatisierte, Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk mit einer nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle und einer zusätzlichen Wärmequelle sowie ein solarthermisches Dampfkraftwerk. Erfindungsgemäß ist nach dem Verfahren zur Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung bei diesem solarthermischen Dampfkraftwerk (1) vorgesehen, dass die zusätzliche Wärmequelle (20) in einem primären Kreislauf (2) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) genutzt wird, um zumindest einen thermischen Energiespeicher (63, 47) in einem sekundären Kreislauf (3) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) aufzufüllen.

Description

Beschreibung
Leistungsregelung und/oder Frequenzregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Leistungsrege¬ lung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder eine Sekundärregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk mit einer nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle und einer zusätz- liehen Wärmequelle sowie ein solarthermisches Dampfkraftwerk.
Dampfkraftwerke in ihrer allgemeinen Form sind weithin bekannt, beispielsweise aus
http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfkraftwerk (erhältlich am 14.03.2012) .
Ein Dampfkraftwerk ist eine Bauart eines Kraftwerks zur
Stromerzeugung, bei der eine thermische Energie von Wasserdampf in einer Dampfturbine in Bewegungsenergie umgesetzt und weiter in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird .
Bei einem solchen Dampfkraftwerk wird der zum Betrieb der Dampfturbine notwendige Wasserdampf zunächst in einem Dampf- kessel aus in der Regel zuvor gereinigtem und aufbereitetem (Speise-) Wasser erzeugt. Durch weiteres Erwärmen des Dampfes in einem Überhitzer nehmen Temperatur und spezifisches Volumen des Dampfes zu. Vom Dampfkessel aus strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, wo er einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Energie als Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. An die Turbine ist ein Generator angekoppelt, der mechanische Leis¬ tung in elektrische Leistung umwandelt.
Danach strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kon¬ densator, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung kondensiert und sich als flüssiges Wasser sammelt. Über Kondensatpumpen und Vorwärmern hindurch wird das Wasser in einen Speisewasserbehälter zwischengespeichert und dann über eine Speisepumpe und Vorwärmer hindurch erneut dem
Dampfkessel zugeführt, womit ein Kreislauf geschlossen wird.
Man unterscheidet verschiedene Dampfkraftwerksarten, wie bei¬ spielsweise Kohlekraftwerke, Ölkraftwerke, Gas-und-Dampf- Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke) sowie auch solarthermische Dampfkraftwerke (kurz im Folgenden solarthermische Kraftwer¬ ke) .
Solarthermische Kraftwerke sind ebenfalls bekannt, beispiels¬ weise aus http : //de . wikipedia . org/wiki/Sonnenwärmekraftwerk (erhältlich am 14.03.2012).
Ein solarthermisches Kraftwerk ist dabei eine spezielle Form eines Dampfkraftwerkes, bei welehern Solarenergie als primäre Energiequelle bzw. Wärmequelle zur Dampferzeugung verwendet wird .
Dazu weist ein solches solarthermisches Kraftwerk zwei - über einen Wärmetauscher (thermisch) gekoppelte - Kreisläufe, ei- nen Primär- (solarer Kreislauf) und einen Sekundarkreislauf (Wasser-Dampf-Kreislauf) auf, d .h. es arbeitet nach einem Zweikreisprinzip .
In dem Primärkreislauf bzw. solaren Kreislauf wird ein - zu¬ meist eine Vielzahl von Solarkollektoren, angeordnet in einem Solarkollektorenfeld, durchströmendes - Wärmeträgermedium, beispielsweise (Thermo-) Öl dort durch Sonneneinstrahlung er¬ wärmt (primäre Wärme-/Energiequelle bzw. primäre Energie- /Wärmezufuhr) .
Das erwärmte Wärmeträgermedium durchströmt weiter den Wärme¬ tauscher, indem es die aufgenommene thermische Energie an den Sekundärkreislauf, den Wasser-Dampf-Kreislauf, bzw. an das dortige Prozessmedium, d.h. an ein ( Speise- ) Wasser, überträgt .
Danach strömt das - jetzt abgekühlte - Wärmeträgermedium zu- rück zu den Solarkollektoren, wodurch der primäre Kreislauf bzw. der solare Kreislauf geschlossen wird.
Durch den Wärmeübertrag vom Primärkreislauf an den Sekundär¬ kreislauf bzw. an den Wasser-Dampf-Kreislauf wird dort das (Speise-) Wasser in Wasserdampf umgewandelt, d.h. es wird aufgewärmt, verdampft und überhitzt, und strömt über Rohrleitun¬ gen zur Dampfturbine, in der der Wasserdampf einen Teil seiner Energie durch Entspannung als Bewegungsenergie an die Turbine abgibt.
Durch den an die Turbine gekoppelten Generator wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umwandelt, welche als elektrischer Strom in ein Stromnetz eingespeist wird .
In der Regel ist unterhalb der Turbine der Kondensator ange¬ ordnet, in dem der Dampf - nach Entspannung in der Turbine - den größten Teil seiner Wärme an das Kühlwasser überträgt. Während dieses Vorganges verflüssigt sich der Dampf durch Kondensation .
Die Speisewasserpumpe fördert das entstandene flüssige Wasser als Speisewasser erneut zu dem Wärmetauscher, womit auch der sekundäre Kreislauf geschlossen ist.
Sämtliche, in einem solarthermischen Dampfkraftwerk anfallenden Informationen, wie beispielsweise Messwerte, Prozess¬ oder Zustandsdaten, werden in einer Leitwarte angezeigt und dort, meist in einer zentralen Recheneinheit, ausgewertet, wobei Betriebszustände einzelner Kraftwerkskomponenten angezeigt, ausgewertet, kontrolliert, gesteuert und/oder geregelt werden . Über Steuerorgane kann ein Kraftwerkspersonal in einen Be¬ triebsablauf des Kraftwerks eingreifen, beispielsweise durch Öffnen oder Schließen einer Armatur oder eines Ventils oder auch durch eine Veränderung einer zugeführten Brennstoffmen- ge .
Zentraler Bestandteil einer solchen Leitwarte ist ein Leit¬ rechner, auf welchem eine Blockführung, eine zentrale Kontroll- bzw. Steuer- und/oder Regeleinheit, - beispielsweise als ein Automatisierungssystem/Automatisierungssoftware - implementiert ist, mittels welcher eine Kontrolle, eine Steu¬ erung und/oder eine Regelung des solarthermischen Kraftwerks durchgeführt werden kann. In einem deregulierten Strommarkt gewinnen ein flexibler
Lastbetrieb von Kraftwerken und Einrichtungen zur Frequenzregelung in Stromnetzen für den Kraftwerksbetrieb immer mehr an Bedeutung . Hinsichtlich der Frequenzregelung in Stromnetzen unterscheidet man verschiedene Arten der Frequenzregelung, beispielsweise eine Primärregelung und eine Sekundärregelung mit oder ohne sogenanntem Totband. Da elektrische Energie auf dem Weg vom Erzeuger zum Verbrau¬ cher nicht gespeichert werden kann, muss Stromerzeugung und Stromverbrauch in jedem Augenblick im Stromnetz im Gleichgewicht stehen, d.h. es muss genau so viel elektrische Energie erzeugt werden, wie verbraucht wird. Die Frequenz der elekt- rischen Energie ist dabei die integrierende Regelgröße und nimmt den Netzfrequenznennwert an, solange sich Stromerzeu¬ gung und Stromverbrauch im Gleichgewicht befinden. Die Drehzahlen der an einem Stromnetz angeschlossenen Kraftwerksgeneratoren sind mit dieser Netzfrequenz synchronisiert.
Kommt es zu einem bestimmten Zeitpunkt zu einem Erzeugungsde¬ fizit im Stromnetz, so wird dieses Defizit zunächst durch ei¬ ne in Schwungmassen von rotierenden Maschinen (Turbinen, Ge- neratoren) enthaltene Energie gedeckt. Die Maschinen werden dadurch abgebremst, wodurch deren Drehzahl und damit die (Netz- ) Frequenz weiter sinken.
Wird diesem Absinken der Netzfrequenz nicht durch geeignete Leistungs- bzw. Frequenzregelung im Stromnetz entgegengewirkt, würde dies zum Netzzusammenbruch führen.
Innerhalb des sogenannten Totbandes im Bereich kleiner Frequenzabweichungen von bis zu V- 0,07-0,1 Hz erfolgen im Normalfall keinerlei Regeleingriffe. Möglich ist in diesem Bereich lediglich eine verzögerte langsame Gegensteuerung zur Kompensation bleibender Abweichungen zwischen Erzeugung und Verbrauch .
Größere Frequenzabweichungen im Bereich von 0.1-3.0 Hz, beispielsweise hervorgerufen durch Kraftwerksausfälle und
Schwankungen im Stromverbrauch, werden durch die Primärregelung auf die an der Primärregelung beteiligten Kraftwerke im gesamten Stromnetz aufgeteilt. Diese stellen dafür eine so genannte Primärregelreserve, also eine Leistungsreserve, zur Verfügung, welche von den beteiligten Kraftwerken automatisch an das Stromnetz abgegeben wird, um dadurch das Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch innerhalb von Sekunden durch Regelung der Erzeugung auszugleichen.
Die Primärregelung dient damit der Stabiiisierung der Netz- frequenz bei möglichst kleiner Abweichung, jedoch auf einem von einem vorgegebenen Netzfrequenznennwert abweichenden Ni- veau .
Die sich an die Primärregelung anschließende Sekundärregelun hat die Aufgabe, das Gleichgewicht zwischen den Stromerzeu¬ gern und -Verbrauchern im Stromnetz wieder herzustellen und dadurch die Netzfrequenz wieder auf den vorgegebenen Netzfre quenznennwert , z. B. 50 Hz, zurückzuführen. Die an der Sekundärregelung beteiligten Kraftwerke stellen hierzu eine Sekundärregelreserve zur Verfügung, um die Netz¬ frequenz wieder auf den Netzfrequenznennwert zurückzuführen und das Gleichgewicht im Stromnetz wieder herzustellen.
Die Anforderung der Primärregelreserve und die Abgabe der Primärregelreserve in das Stromnetz erfolgen automatisch durch die Regeleinrichtungen der an der Primärregelung beteiligten Kraftwerke (das Stromnetz als solches bzw. die Fre- quenzänderung im Stromnetz (er-) fordert die Primärregelreserve) , wohingegen die Sekundärregelung durch einen übergeordneten Netzregler im Stromnetz bei den an der Sekundärregelung beteiligten Kraftwerken angefordert und dann auf diese Anforderung von den Kraftwerken in das Stromnetz abgegeben wird.
Zum Teil ist die Bereitstellung von Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelreserve für die Kraftwerke in - durch nationale Vorschriften - bestimmtem Umfang verpflichtend; von den Kraftwerken zur Verfügung gestellte Regelreserven werden den Kraftwerken in der Regel als spezielle Netzdienstleistungen vergütet.
Somit kann auch für solarthermische Dampfkraftwerke eine Teilnahme an der Frequenzregelung oder einem Leistungsregel- betrieb wirtschaftlich attraktiv sein. Auch wird mit einem Ausbau von regenerativen Energien (z.B. Windenergie) eine Verschärfung von Anforderungen an eine Regelfähigkeit unterschiedlicher Kraftwerksarten erwartet. So ist zu erwarten, dass die Anforderung zur Frequenzregelung zukünftig auch für solarthermische Kraftwerke festgeschrieben werden wird.
Der Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks weist aller¬ dings den Nachteil auf, dass dieser auf Grund der nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle und auf Grund von einer Trägheit des solarthermischen Prozesses nicht leistungs- und/oder frequenzregelungsfähig ist. Dabei sei unter der nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle zu verstehen, dass diese primäre Wärmequelle Bedingun¬ gen unterliegt, welche außerhalb einer kraftwerksseitigen Beeinflussung liegen, - und sie damit - aus Sicht des Kraft- werks - nicht frei anpassbar ist. So unterliegt beispielswei¬ se die Sonneneinstrahlung bzw. deren primäre Wärmezufuhr auf das Wärmeträgermedium mehr oder weniger zufälligen, nicht vorhersehbaren Änderungen, wie beispielsweise durch sich ändernde Sonneneinstrahlung bzw. Bewölkung, wodurch eine solche Wärmquelle kraftwerksseitig nicht frei anpassbar ist.
Auch eine in der Regel großflächige Ausdehnung des Solarkol- lektorenfeldes führt zu zeitlich stark verzögerten Änderungen im Solarkollektorenfeld . Damit kann durch eine Änderung einer Fokussierung der Solarkollektoren keine zielgenaue Änderung der Generatorleistung bewirkt werden, was ebenfalls die
Leistungs- und/oder Frequenzregelungsfähigkeit bei einem so¬ larthermischen Kraftwerk stark einschränkt. Eine Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. eine Primär- und/oder Sekundärregelung, bzw. die Bereitstellung einer Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelreserve - wie erwünscht bzw. wie gefordert - ist bei solchen solarthermischen Kraftwerken nicht möglich.
Um dennoch eine gewisse Leistungsanpassung bei solarthermischen Kraftwerken zu ermöglichen, kann eine - zu der primären Wärmequelle (im solaren Kreislauf) - zusätzliche Wärmequelle, beispielsweise eine zusätzliche Erdgasbefeuerung mittels spe- zieller Erdgaskessel, im Primärkreislauf vorgesehen werden.
Diese zusätzliche Wärmequelle bzw. im Speziellen ein solche zusätzliche Erdgasbefeuerung, insbesondere angeordnet im so¬ laren Kreislauf direkt vor dem Wärmeübertrager bzw. Wärmetau- scher, ermöglicht je nach Bedarf die Temperatur des Wärmeträ¬ germediums im primären Kreislauf anzupassen, wodurch entsprechend mehr oder weniger elektrische Leistung im sekundären Kreislauf erzeugt werden kann. Wird hier durch die zusätzliche Wärmequelle, beispielsweise der Erdgasbefeuerung, je nach Bedarf Wärme zugeführt bzw. reduziert, so kann die abgegebene elektrische Kraftwerksleis- tung bei einem solchen solarthermischen Kraftwerk mit nicht frei anpassbarer primärer Wärmequelle/-zufuhr und mit einer zusätzlichen Wärmequelle/Wärmezufuhr verstetigt bzw. in gewissem Umfang elektrische Leistungsrampen, sowie eine Frequenz- bzw. Primär- und/oder eine Sekundärregelung gefahren werden.
Begrenzt wird - auch hier, d.h. bei einem solchen solarthermischen Kraftwerk mit - nicht frei anpassbarer - primärer Wärmequelle und zusätzlicher Wärmequelle, wie auch bei solar- thermischen Kraftwerken im Allgemeinen - die erreichbare
Leistung lediglich durch eine ermittelte Kann-Leistung, d.h. eine maximal fahrbare Leistung des Kraftwerks in Abhängigkeit vom Zustand einzelner leistungsbegrenzender Aggregate (z.B. Speisepumpen in Betrieb) .
Darüber hinaus kann die zusätzliche Wärmequelle im Primär¬ kreislauf auch dazu genutzt werden, um das Wärmeträgermedium flüssig zu halten („Anti-Freeze-Schutz" ) . Ein Maß des Einsatzes dieser zusätzlichen Wärmequelle, wie beispielsweise der zusätzlichen Erdgasbefeuerung, beruht aber einzig und alleine auf wirtschaftlichen Überlegungen, erfordert doch eine solche zusätzliche Befeuerung bzw. Wärmezufuhr zusätzliche/erhöhte Brennstoff- und/oder Kraftwerkskosten.
Wenn auch durch eine solche zusätzliche Wärmezufuhr eine ge¬ wisse Leistungsanpassung bei diesen solarthermischen Kraftwerken dem Grundsatz nach möglich wird, so bleibt der Nachteil, dass weiter nicht vorhersehbar ist, in welchem Bereich bzw. Umfang die Leistungsanpassung möglich ist bzw. eine
Leistungsregelung dadurch möglich ist, da die Schwankungen bei der - nicht anpassbaren - primären Wärmequelle, d.h. der Sonnenenergie, nicht vom Kraftwerk beeinflussbar sind und mehr oder weniger zufällig auftreten.
Damit ist aber auch ein solches solarthermisches Kraftwerk - mit nicht frei anpassbarer primärer Wärmequelle und zusätzlicher Wärmequelle aufgrund der zufälligen auftretenden Schwankungen bei der primären Wärmezufuhr nicht leistungs- und/ oder frequenz- bzw. primär- und/oder sekundärregelfähig, was - als mindest negative Auswirkung - entsprechende Einnahme- ausfälle für den Betreiber des Kraftwerks nach sich zieht.
Zur Beschleunigung von Leistungsänderungen im Rahmen der Frequenzregelung bzw. Sekundär- und/oder Primärregelung bei Dampfkraftwerken ist es bekannt („Flexible Load Operation and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants", Wichtmann et al., VGB PowerTech 7/2007, Seiten 49 - 55), schnell wirkende Zusatzmaßnahmen einzusetzen, welche auf die Nutzung von im Prozessmedium des Dampfkraftwerks, d.h. im Speisewasser bzw. Wasserdampf, enthaltener Energie beruhen („thermischer (Energie- ) Speicher im Wasser-Dampf-Kreislauf").
Bekannte Beispiele hierfür sind eine Drosselung von einem Hochdruck-Turbinenregelventil , eine Überlasteinleitung zur Hochdruckteilturbine, ein Kondensatstau, eine speisewasser- seitige Umgehung von Hochdruckvorwärmern sowie eine Androsse- lung der Anzapfdampfleitungen zu den Hochdruckvorwärmern.
Diese Prozessmedium-immanenten Energiespeicher bzw. diese thermischen Speicher im Wasser-Dampf-Kreislauf sind aller- dings begrenzt, so dass auch die dadurch zur Verfügung stell¬ bare Regelreserve begrenzt ist.
Auch besteht die Notwendigkeit einen solchen thermischen Speicher im Wasser-Dampf-Kreislauf wieder aufzufüllen, wenn der Energiespeicher bzw. thermische Speicher im Wasser-Dampf- Kreislauf einmal verbraucht/entleert ist, was die Regelreser¬ ven weiter einschränkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine, insbesondere automatische bzw. auto¬ matisierte, Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelung, bei einem solarthermischen Kraftwerk mit einer nicht anpassbaren primären Wärmequelle und einer zusätzlichen Wärmequelle ermöglicht. Auch liegt der Er¬ findung die Aufgabe zu Grunde, ein für eine, insbesondere au¬ tomatische bzw. automatisierte, Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelung geeignetes solarthermisches Kraftwerk zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur, insbesondere auto¬ matischen bzw. automatisierten, Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk mit einer nicht anpassbaren primären Wärmequelle und einer zusätzlicher Wärmequelle sowie durch ein solarthermisches Kraftwerk mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren als auch auf das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk. Das erfin¬ dungsgemäße solarthermische Kraftwerk ist insbesondere geeig¬ net zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer deren nachfolgend erläuterten Weiterbildungen.
Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder eine Weiterbildung ausführt. Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein solarthermisches Kraftwerk mit einem primären sowie mit einem mit dem primären, insbe- sondere über einen Wärmeübertrager (thermisch) gekoppelten, sekundären Kreislauf.
In dem primären Kreislauf ist eine - zu einer nicht anpassba¬ ren primären Wärmequelle für eine primäre Wärmezufuhr - zusätzliche Wärmequelle zu einer (zusätzlichen) Erhöhung oder Verringerung der Wärmezufuhr eines in dem primären Kreislauf zirkulierenden Wärmeträgermediums, beispielsweise eines
(Thermo- ) Öls , vorgesehen.
Der sekundäre Kreislauf weist zudem zumindest einen thermi¬ schen Energiespeicher auf.
Ein solcher thermischer Energiespeicher - im sekundären
Kreislauf - kann dabei auf in einem Prozessmedium des sekundären Kreislaufs, wie in einem Speisewasser bzw. Wasserdampf eines Wasser-Dampf-Kreislaufes , immanenten Energiespeicher beruhen. Beispielsweise stellen eine Drosselung von einem Hochdruck-Turbinenregelventil , eine Überlasteinleitung zur Hochdruckteilturbine, ein Kondensatstau, eine speisewasser- seitige Umgehung von Hochdruckvorwärmern sowie eine Androsse- lung der Anzapfdampfleitungen zu den Hochdruckvorwärmern bekannte thermische Energiespeicher dar („Flexible Load Opera¬ tion and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants", Wichtmann et al . , VGB PowerTech 7/2007, Seiten 49 - 55).
Ein solcher thermischer Energiespeicher erlaubt - bei „Abruf" der gespeicherten Energie, z.B. durch Änderung der Drosselung oder Aufbau des Kondensatstaus - in bestimmten Maße eine Leistungsänderung im sekundären Kreislauf. Allerdings entleert sich dabei, d.h. bei „Abruf" dort gespei¬ cherter Energie, der thermische Energiespeicher.
Erfindungsgemäß ist nach dem Verfahren zur Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung bei diesem solarthermischen Dampfkraftwerk vorgesehen, dass die zusätzliche Wärmequelle genutzt wird, um den zumindest einen thermischen Energiespeicher im sekundären Kreislauf aufzufüllen.
Anschaulich bzw. vereinfacht ausgedrückt, ein nicht mehr vol- ler thermischer Energiespeicher im sekundären Kreislauf wird unter Nutzung der zusätzlichen Wärmequelle im primären Kreis- lauf gefüllt.
Hierzu kann die zusätzliche Wärmezufuhr - durch die zusätzliche Wärmequelle, beispielsweise ein Ergasbrenner, - auf das Wärmeträgermedium im primären Kreislauf aktiviert oder erhöht werden, was - durch die (thermische) Koppelung des primären mit dem sekundären Kreislauf - zu einem zusätzlichen Energieeintrag in das Prozessmedium des sekundären Kreislaufs führt.
Dieser zusätzliche Energieeintrag im Prozessmedium des sekun¬ dären Kreislaufs kann dann für das (Wieder- ) Befüllen des thermischen Energiespeichers im sekundären Kreislauf genutzt werden - ohne dass sich dadurch eine Leistung des solarthermischen Kraftwerks ändert bzw. absinkt.
Das hierzu entsprechende erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk weist ein Datenverarbeitungsmittel, insbesondere eine programmierte Recheneinheit, insbesondere implementiert in eine Blockführung, auf, welches derart eingerichtet ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsregelung und/oder Frequenzregelung durchgeführt wird.
Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Leis¬ tungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekun- darfrequenzregelung wie auch das entsprechende erfindungsge¬ mäße solarthermische Kraftwerk eine Leistungsregelung
und/oder Frequenz- bzw. bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung bei diesem solarthermischen Kraftwerk, weil über das erfindungsgemäße (Wieder-) Befüllen des thermischen Energiespeichers im sekundären Kreislauf - unabhängig von der abgegebenen Kraftwerksleistung - dieser „immer wieder aufgefüllte" thermische Energiespeicher nahezu ständig für Leis¬ tungsänderungen im Rahmen der Frequenzregelung bzw. Sekundär- und/oder Primärregelung bei dem solarthermischen Kraftwerk zur Verfügung steht.
Die Erfindung erweist sich in zahlreicher Hinsicht erheblich vorteilhaft .
So ermöglicht die Erfindung einen Leistungsregelbetrieb des solarthermischen Kraftwerks. Insbesondere ermöglicht die Er¬ findung eine Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelfähigkeit des solarthermischen Kraftwerks.
Damit können geforderte Netzanschlussbedingungen seitens eines erfindungsgemäß betriebenen solarthermischen Kraftwerks erfüllt werden. Auch erhält der Anlagenbetreiber entsprechende Vergütungen für die Primär- und/oder Sekundärregelung.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren als auch auf das erfindungsgemäße Kraftwerk.
Zweckmäßigerweise, d.h. um erhöhte und/oder beschleunigte Leistungsanpassungen bei dem solarthermischen Kraftwerk zu ermöglichen, können mehrere solcher thermischen Eneriespei- cher - in beliebiger Kombination oder auch mehrfach - im sekundären Kreislauf verwendet werden, deren jeder unter Verwendung der zusätzlichen Wärmequelle wieder gefüllt werden kann . Nach einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Befüllung des thermischen Energiespeichers mittels der zusätzlichen Wärmequelle abhängig von einem Befüllungsgrad des thermischen Energiespeichers. Unterschreitet beispielsweise der Befül- lungsgrad des thermischen Energiespeichers einen bestimmen Level, so kann er erfindungsgemäß befüllt werden.
Damit kann der thermische Energiespeicher immer auf oder über einem vorgegebenen Befüllungsgrad vorgehalten werden. Insbesondere kann der thermische Energiespeicher immer voll gefüllt werden bzw. sein.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Datenverarbeitungsmittel Bestandteil einer Blockführung des solar¬ thermischen Kraftwerks ist. Dazu kann das Datenverarbeitungs¬ mittel in die Blockführung implementiert sein.
Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das solarthermische Kraftwerk eben dann eine solche Blockführung auf, welche eingerichtet ist zur Durchführung der Erfindung.
Anders ausgedrückt, es kann zweckmäßig sein, das erfindungs¬ gemäße Verfahren oder deren Weiterbildung in eine Blockführung des solarthermischen Kraftwerks zu implementieren, welche dann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder deren Wei¬ terbildungen ausführen - und so entsprechend das solarthermische Kraftwerk steuern und/oder regeln bzw. fahren kann.
Es kann auch zweckmäßig sein, dass die zusätzliche Wärmequel¬ le einen schnellen Wärmeeintrag auf das Wärmeträgermedium ermöglicht und/oder dass sie - innerhalb großer Bereiche - re¬ gelbar ist. Insbesondere mehrere kleinere zusätzliche Wärme¬ quellen („kleine Stückelung") - anstelle einer großen zusätzlichen Wärmequelle - kann hier sinnvoll sein.
Beispielsweise kann die zusätzliche Wärmezufuhr für das Wär- meträgermedium bzw. auf das Wärmeträgermedium eine Erdgasfeu- erung mit einem entsprechenden speziellen Erdgasbrenner bzw. Erdgaskessel - oder bei kleinerer Stückelung - mit mehreren Erdgasbrennern bzw. Erdgaskesseln sein bzw. mittels solcher erfolgen. Andere Zusatzfeuerungen, wie zum Beispiel eine Kohle- oder Ölfeuerung, sind auch möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung, ist - insbesondere im Rahmen einer automatisierten Leistungsregelung bzw. Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung regelung - ein Verfahren zur Sollwertanpassung eines Soll- werts bei dem solarthermischen Kraftwerk vorgesehen.
Bei dieser Sollwertanpassung kann vorgesehen sein, dass für zumindest einen vorgegebenen Zeitpunkt während eines Betriebs des solarthermischen Kraftwerks ein aktueller Leistungsbe- reich ( (Leistungs- ) Fenster) für das solarthermische Kraftwerk ermittelt wird.
Dieser aktuelle Leistungsbereich des solarthermischen Dampfkraftwerks kann durch eine untere Regelbereichsgrenze und durch eine obere Regelbereichsgrenze begrenzt werden.
Ferner kann der aktuelle Leistungsbereich unter Verwendung einer aktuellen Leistung aus der aktuellen primären Wärmezufuhr durch die primäre Wärmequelle sowie unter Verwendung ei- nes Leistungsbereichs aus der zusätzlichen Wärmequelle be¬ stimmt werden.
Anders ausgedrückt, der aktuelle Leistungsbereich ergibt sich so aus der aktuellen Leistung aus der aktuellen primären Wär- mezufuhr durch die primäre Wärmequelle sowie bzw. zuzüglich dem Leistungsbereich der zusätzlichen Wärmequelle.
Bei der unteren Regelbereichsgrenze kann eine untere Leis¬ tungsreserve mit zumindest einem Reserveanteil für eine Leis- tungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung berücksichtigt werden. Bei der oberen Regelbereichsgrenze wird eine obere Leistungs¬ reserve ebenfalls mit zumindest einem Reserveanteil für die Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung berücksichtigt werden.
Bei der Sollwertanpassung kann dann ein aktueller, beispielsweise von einem Lastverteiler vorgegebener, Sollwert des solarthermischen Kraftwerks, falls der aktuell vorgegebene Sollwert außerhalb des aktuellen Leistungsbereichs liegt, in dem aktuellen Leistungsbereich eingestellt werden.
Dabei können die Grenzen des aktuellen Leistungsbereichs auch zum aktuellen Leistungsbereich gehören. Anders bzw. vereinfacht ausgedrückt, weiterbildend wird hier zu einem Betriebszeitpunkt dieses solarthermischen Kraftwerks ein aktueller Leistungsbereich ( (Leistungs- ) Fenster) für das Kraftwerk ermittelt. Dieser aktuelle Leistungsbereich wird bestimmt durch die
Leistung, welche durch die primäre Wärmequelle/-zufuhr, d.h. durch Sonnenenergie, erzielbar ist, sowie - wodurch der Leis¬ tungsbereich als Fenster aufgespannt wird - durch einerseits die Leistung, welche durch die minimal mögliche zusätzliche Wärmezufuhr erzielbar ist (minimale Zusatzwärmezufuhr bzw. - feuerung) und andererseits die Leistung, welche durch die ma¬ ximal mögliche zusätzliche Wärmezufuhr erzielbar ist (maxima¬ le Zusatzwärmezufuhr bzw. -feuerung) . Mit dieser minimal und maximal möglichen zusätzlichen Wärme¬ zufuhr können maximal mögliche - nach unten und nach oben - technische Randbedingungen der zusätzlichen Wärmequelle berücksichtigt werden. Die minimale zusätzliche Wärmezufuhr kann sich daraus erge¬ ben, dass eine bestimmte (Mindest- ) Menge an zusätzlicher Wär¬ mezufuhr notwendig ist, um die zusätzliche Wärmequelle stabil zu betreiben. Entsprechend kann sich eine maximale zusätzli- che Wärmezufuhr daraus ergeben, dass ein stabiler Betrieb der zusätzlichen Wärmequelle „nach oben" begrenzt ist.
An den Grenzen dieses aktuellen Leistungsbereichs aus aktuel- 1er primärer Wärmezufuhr und zusätzlicher Wärmezufuhr (minimale und maximale Zusatzwärmezufuhr) kann dann jeweils eine Leistungsreserve mit mindestens einem Leistungsreserveanteil für die Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung „eingebaut" bzw. berück- sichtigt werden.
D.h., die Grenzen dieses aktuellen Leistungsbereichs werden jeweils um diese einzubauende bzw. zu berücksichtigende Leis¬ tungsreserve zusammengeschoben, wodurch sich der aktuelle Leistungsbereich um diese beiden Leistungsreserven an oberer Grenze und unterer Grenze verringert - und wodurch für diesen aktuellen Leistungsbereich ein Reserveanteil für eine Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung zur Verfügung steht bzw. gewährleistet ist.
Die Grenzen des aktuellen Leistungsbereichs können dabei als zum Bereich gehörig betrachtet werden. Diese Grenzen können dann als Begrenzungen bzw. dieser aktuelle Leistungsbereich/ (Leistungs- ) Fenster kann dann als Begrenzung auf einen Sollwertsteller dieses solarthermischen Kraftwerks geschaltet werden, welcher den aktuell vorgegebe¬ nen Sollwert, falls dieser außerhalb des aktuellen Leistungs- fensters liegt, diesen innerhalb des aktuellen Leistungsfens¬ ters einstellt bzw. in das aktuelle Leistungsfenster führt (Sollwertanpassung) .
Anschaulich gesehen kann hier der aktuelle und anzupassende Sollwert zumindest bis an/auf die entsprechend relevante obe re oder untere Fenstergrenze geschoben werden. Eine weitergehende Verschiebung des Sollwertes innerhalb des aktuellen Leistungsfensters ist möglich, beispielsweise bis in die Mitte des Leistungsfensters, allerdings erscheint es zweckmäßig, den Sollwert „nur" bis an die Leistungsfenster- grenze heranzufahren, um dadurch unnötig große Leistungs¬ schwankungen der Anlage zu vermeiden.
Liegt der vorgegebene oder angepasste Sollwert dieses solar¬ thermischen Kraftwerks dann innerhalb dieses Leistungsfens- ters, ist eine Leistungsregelung, wie eine elektrische Leis¬ tungsrampe, die Sekundär- oder die Primärregelung, dieses solarthermischen Kraftwerks immer möglich bzw. gewährleistet.
Unabhängig davon wird die erreichbare Leistung dieses solar- thermischen Kraftwerks lediglich begrenzt durch eine ermit¬ telte Kann-Leistung, d.h. eine maximal fahrbare Leistung des solarthermischen Kraftwerks in Abhängigkeit vom Zustand ein¬ zelner leistungsbegrenzender Aggregate (z.B. Speisepumpen in Betrieb) .
Das aktuelle Leistungsfenster und/oder dessen Grenzen können - zur Information - auch an den Lastverteiler übermittelt werden . Wird diese Sollwertanpassung über einen Zeitverlauf, d.h. zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, eines Zeitintervalls, beispielsweise einer Betriebsphase oder einer Betriebsdauer die¬ ses Dampfkraftwerks/ solarthermischen Kraftwerks, durchge¬ führt, so verschiebt sich mit Änderung der jeweils aktuell zur Verfügung stehenden primären Wärmemenge, insbesondere der Sonneneinstrahlung, (über die Zeit) das Leistungsfenster, innerhalb dessen der Sollwert - für die Gewährleistung der Leistungsregelung und/oder Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung bei diesem Dampfkraftwerk - liegen darf, lediglich automatisch nach oben bzw. unten.
Damit verbunden ist eine automatische Anpassung des möglichen Einstellbereiches des Sollwertstellers. Ein aktueller Sollwert, der infolge einer Verringerung der primären Wärmemenge, insbesondere bei zum Beispiel Eintritt von Bewölkung, und/oder Zusatzwärmemengenkapazität nun plötz- lieh oberhalb der oberen Grenze des Leistungsfensters liegen würde, kann entsprechend vom Sollwertsteller angepasst, d.h. er kann von der sinkenden oberen Begrenzung automatisch mit nach unten geführt werden. Sobald sich, auf Grund einer Änderung bzw. Erhöhung der primären Wärmemenge, insbesondere beispielsweise unbewölkte Son¬ neneinstrahlung, und/oder Zusatzwärmemengenkapazität, die obere Begrenzung wieder nach oben verschiebt und dadurch der zuvor mit der oberen Leistungsfenstergrenze nach unten mitge- führte Sollwert „Spiel nach oben" erhält, kann der Sollwert auch wieder soweit wie möglich nach oben angepasst werden.
D.h., der Sollwert kann das ihm durch die Verschiebung der oberen Leistungsfenstergrenze nach oben zur Verfügung ge- stellte (Leistungs- ) Spiel ausnutzen und sich soweit wie mög¬ lich, d.h. begrenzt wieder durch die sich nach oben verschiebende Leistungsfenstergrenze, nach oben in Richtung des ur¬ sprünglich vorgegebenen außerhalb des damaligen Leistungsfensters liegenden Sollwertes verschieben.
Dieses kann solange erfolgen, bis der Sollwert das ursprüng¬ lich vorgegebene außerhalb des damaligen Leistungsfensters liegende Niveau erreicht oder ein neuer Sollwert vorgegeben wird, welcher innerhalb des aktuellen Leistungsfensters liegt.
Alternativ kann der Sollwert aber auch zunächst noch auf dem Niveau bei sich nach oben verschiebender oberer Leistungsfenstergrenze belassen werden, solange bis ein neuer aktuel- 1er Sollwert vorgegeben wird.
Entsprechendes gilt auch für plötzlich unterhalb der unteren Grenze des Leistungsfensters liegende aktuelle Sollwerte. Insbesondere ist es zweckmäßig, auch diese Sollwertanpassung in die Blockführung des solarthermischen Kraftwerks zu implementieren, welche dann auch die Sollwertanpassung ausführt - und so das solarthermische Kraftwerk automatisiert in einem Leistungsregelungsbetrieb steuern und/oder regeln bzw. fahren kann .
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltun- gen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in be¬ liebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der Vorrichtung gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch kombinierbar.
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.
Es zeigen:
FIG 1 einen Regel-/Steuer-/Anlagenplan eines leistungsre- gelfähigen solarthermischen Kraftwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel, FIG 2 eine schematische Darstellung eines Leistungsfens¬ ters des leistungsregelfähigen solarthermischen Kraftwerks nach FIG 1,
FIG 3 Leistungsbereiche und Leistungsverhalten eines so- larthermischen Kraftwerks im Ist-Betrieb und im Leistungsfol¬ gebetrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel. Ausführungsbeispiel: Automatisiert leistungsregelfähiges so¬ larthermisches Kraftwerk
FIG 1 zeigt einen Regel-/Steuer-/Anlagenplan 60 eines leis- tungsregelfähigen („load setting mode") solarthermischen Kraftwerks 1.
Abweichend von bisher üblichen solarthermischen Kraftwerken ist das hier beschriebene Kraftwerk 1 - zusätzlich zum übli- chen, bekannten Ist-Betrieb der Anlage a, c bzw. 72 - automa¬ tisiert leistungsregelfähig fahrbar („load setting mode" / Leistungsfolgebetrieb) b bzw. 71.
Die Leistungsregelfähigkeit dieses solarthermischen Kraft- werks 1 beinhaltet dabei auch die Fähigkeit der Sekundärrege¬ lung („Secondary grid frequency control") .
Sämtliche, in dem solarthermischen Kraftwerk 1 anfallenden Informationen, wie beispielsweise Messwerte, Prozess- oder Zustandsdaten, werden in einer Leitwarte angezeigt und dort in einer zentralen Recheneinheit 64, einer Blockführung 61 - als zentrales Kontroll- bzw. Steuer- und/oder Regelorgan des solarthermischen Kraftwerks 1, ausgewertet, wobei Betriebszu- stände einzelner Kraftwerkskomponenten angezeigt, ausgewer- tet, kontrolliert, gesteuert und/oder geregelt werden.
Über Steuerorgane kann dort von einem Leitstandsfahrer (Operateur) über die Blockführung - als zentraler Bestandteil des Leitrechners - oder automatisiert in den Betriebsablauf des solarthermischen Kraftwerks 1 eingegriffen - und dadurch die Anlage gefahren - werden, beispielsweise durch Öffnen oder Schließen einer Armatur oder eines Ventils oder auch durch eine Veränderung einer zugeführten Brennstoffmenge . Insbesondere auch die Leistungsregelung und/oder Frequenzbzw. Primär- und/oder Sekundärfrequenzregelung und der automatische Lastfolgebetrieb 71 des solarthermischen Kraftwerks 1 wird über die Blockführung 61 gesteuert. Diese solarthermische Kraftwerk 1, auch im Folgenden nur kurz Kraftwerk 1, weist zwei - über einen mehrstufigen Wärmetauscher 40 (thermisch) gekoppelte - Kreisläufe 2, 3, einen Pri- mär- (solarer Kreislauf) 2 und einen Sekundärkreislauf (Was¬ ser-Dampf-Kreislauf) 3 auf, d.h. es arbeitet nach einem Zwei- kreisprinzip .
In dem Primärkreislauf bzw. solaren Kreislauf 2 wird ein zu- meist eine Vielzahl von in einem Solarkollektorenfeld 11 an¬ geordneten Solarkollektoren 12 durchströmendes Wärmeträgerme¬ dium 13, hier ein (Thermo-) Öl 13, dort durch Sonneneinstrahlung 10 erwärmt (primäre Wärme-/Energiequelle bzw. primäre Energie-/Wärmezufuhr bzw- -eintrag, Primärenergie/-quelle 10) .
Das erwärmte Wärmeträgermedium 13 durchströmt weiter einen erdgasbefeuerten Erdgaskessel 21, in welchem das „primär erwärmte" Thermoöl 13 weiter erwärmt wird 20 bzw. werden kann (zusätzliche Wärmequelle/-zufuhr, zusätzliche Energie/-quelle 20) .
Diese zusätzliche Wärmequelle 20 wird einerseits genutzt, um die Anlage 1 wirtschaftlich optimal zu fahren, die - nicht beeinflussbaren Schwankungen unterliegende - Leistung aus der primären Energiequelle 10 zu verstetigen sowie - wie nachfol¬ gend im Detail beschreiben - die Frequenzregelfähigkeit und den automatische Lastfolgebetrieb 71 des Kraftwerks 1 zu er¬ möglichen. Andererseits wird die zusätzliche Wärmequelle 20 dazu genutzt, um das Thermoöl 13 flüssig zu halten („Anti- Freeze-Schutz" ) .
Anschließend an die zusätzliche Wärmequelle 20 durchströmt das Thermoöl 13 den Wärmetauscher 40, wo es - zumindest teil- weise - die aufgenommene thermische Energie aus primärer und gegebenenfalls zusätzlicher Wärmezufuhr 10, 20 an den Sekundärkreislauf 3, den Wasser-Dampf-Kreislauf 3, bzw. an das dortige Prozessmedium 41, d.h. an ein ( Speise- ) Wasser 41, überträgt .
Danach strömt - gefördert durch eine Förderpumpe 23 - das - jetzt abgekühlte - Wärmeträgermedium 13 bzw. Thermoöl 13 zu¬ rück zu den Solarkollektoren 12 bzw. zum Solarfeld 11, wodurch der primäre Kreislauf 2 bzw. der solare Kreislauf 2 ge¬ schlossen wird. Durch den Wärmeübertrag vom Primärkreislauf 2 an den Sekun¬ därkreislauf 3 bzw. an den Wasser-Dampf-Kreislauf 3 wird dort das ( Speise- ) Wasser 41 in Wasserdampf 41 umgewandelt, d.h. es wird aufgewärmt, verdampft und überhitzt, und strömt über Rohrleitungen 43 zur Dampfturbine 42, in der der Wasserdampf 41 einen Teil seiner Energie durch Entspannung als Bewegungsenergie an die Turbine 42 abgibt.
Durch den an die Turbine 42 gekoppelten Generator 44 wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umgewan- delt, welche als elektrischer Strom in ein Stromnetz 33 eingespeist wird 45.
Unterhalb der Turbine ist ein Kondensator 46 angeordnet, in dem der Dampf 41 - nach Entspannung in der Turbine 42 - den größten Teil seiner Wärme an Kühlwasser überträgt. Während dieses Vorganges verflüssigt sich der Dampf 41 durch Konden¬ sation .
Eine Speisewasserpumpe 48 fördert das entstandene flüssige Wasser 41 als Speisewasser 41 erneut zu dem mehrstufigen Wärmetauscher 40, womit auch der sekundäre Kreislauf 3 geschlos¬ sen ist.
In dem sekundären Kreislauf 3, d.h. in dem Wasser-Dampf- Kreislauf 3, sind verschiedene thermische Speicher 63 reali¬ siert, welche auf einem dem Speisewasser 41 bzw. Wasserdampf 41 immanenten Energiespeicher beruhen. FIG 1 verdeutlicht beispielsweise hier einen solchen thermi¬ schen Speicher 63 in Form einer Drosselung von einem Hoch- druck-Turbinenregelventil 47 bzw. einer Hochdruck- Turbinenregelventil-Drossel 47.
Andere - nicht näher ausgeführte - thermische Speicher 63 sind eine Überlasteinleitung zur Hochdruckteilturbine, ein Kondensatstau, eine speisewasserseitige Umgehung von
Hochdruckvorwärmern sowie eine Androsselung der Anzapfdampf- leitungen zu den Hochdruckvorwärmern.
In diesem Fall erlaubt eine - durch die Blockführung 61 gesteuerte/geregelte - Androsselung des Hochdruck- Turbinenregelventils 63 den gezielten „Abruf" der Speisewas- ser 41 bzw. Wasserdampf 41 immanenten Energie, wodurch eine gezielte Leistungsänderung im sekundären Kreislauf 3 - im Rahmen der Frequenzregelung - möglich ist.
Ist aus dem - hier beispielhaft beschriebenen - thermischen Speicher 63, d.h. der Drosselung des Hochdruck-
Turbinenregelventils 47, für die geforderte Leistungsänderung bei der Frequenzregelung Energie/Leistung abgerufen worden, so muss dieser thermische Speicher 63, 47 - gegebenenfalls Level- bzw. Befüllungsgrad abhängig - wieder gefüllt werden.
Dieses erfolgt - ebenfalls gesteuert über die Blockführung 61 - durch die zusätzliche bzw. erhöhte Erdgaszufeuerung 20 im solaren Kreislauf 2, wodurch zusätzliche thermische Energie in das Thermoöl 13 eingebracht wird.
Über den Wärmetauscher 40 wird dieser zusätzliche Energieeintrag, in den sekundären Kreislauf 3 übertragen und steht dort für das Wiederauffüllen des genutzten thermischen Speichers 63, 47 zur Verfügung. Die Drosselung 47 wird durch Blockfüh- rung 61 wieder in den ursprünglichen Zustand gefahren - und der thermische Speicher 63, 47 ist wieder gefüllt. Wie FIG 1 zeigt, werden dazu - über entsprechende Leitungs¬ verbindungen 62 - der Blockführung 61 hier insbesondere die Leistung des Solarfeldes 30, der Betriebszustand der Erdgas¬ befeuerung 34, der Zustand der Androsselung 35 sowie die vom Kraftwerk 1 erzeugte Leistung 31 wie auch die Netzfrequenz 32 des Stromnetzes 33 übermittelt.
Wie FIG 1 weiter verdeutlicht, erfolgt dann die Steuerung der Erdgasbefeuerung 20 - über Steuerung/Regelung des Erdgas- Stroms 22, 73 - und die Drosselung des Hochdruck-
Turbinenregelventils 47 - über die Steuerung/Regelung der Hochdruck-Turbinenregelventil-Drossel 47, 72- ebenfalls durch die Blockführung 61. D.h., die Anlage 1 kann so im frequenz- bzw. primäre und/oder sekundärregelfähigen Lastfolgebetrieb 71 - nach automatischer Vorgabe des Lastverteilers 14 - gefahren werden. Die Anlage 1 bzw. die Turbine 42 wird dazu in Leistungsregelung, d.h. in modifiziertem Gleitdruckbetrieb mit gedrosselten Ventilen, gefahren.
Begrenzt wird bei dem solarthermischen Kraftwerk 1 die erreichbare Leistung lediglich durch eine ermittelte Kann- Leistung 96, d.h. eine maximal fahrbare Leistung des Kraft- werks 1 in Abhängigkeit vom Zustand einzelner leistungsbe- grenzender Aggregate (z.B. Speisepumpen in Betrieb).
Fahrweise des Kraftwerks 1 im „load setting mode" 71 FIG 2 verdeutlicht schematisch den Leistungsfolgebe- trieb/„load setting mode" 71 bzw. den entsprechenden Leistungsbereich 80 des Kraftwerks 1 für den Leistungsfolgebe¬ trieb b bzw . 71. Im durch die Anlage 1 möglichen Leistungsfolgebetrieb b bzw. 71 wird die Anlage im modifizierten Gleitdruckbetrieb mit ge¬ drosselten Ventilen gefahren. Entsprechende Leistungskurven bzw. das Betriebsverhalten sind bzw. ist in FIG 3 näher dargestellt.
Wie zunächst FIG 2 zeigt, unterliegt der Leistungsbereich (Leistungsfenster/„range of adaptability" ) 80, in welchem das Kraftwerk 1 automatisiert leistungsregelfähig, d.h. im „load setting mode" 71, gefahren werden kann, bestimmten Einschränkungen . Innerhalb dieses Leistungsfensters 80 muss der Leistungssoll¬ wert (Sollwert) 70 der Anlage 1 liegen, um automatisiert leistungsregelfähig zu sein. Dazu werden die Grenzen 90 des Leistungsfensters 80 als Begrenzungen auf einen Leistungs¬ sollwertsteller (nicht bezeichnet) geschaltet.
Nach unten hin wird das Leistungsfenster 80 zunächst begrenzt durch die Leistung aus der aktuell zur Verfügung stehenden Primärenergie 81 zuzüglich der Leistung aus der minimal mög¬ lichen feuerbaren Erdgasmenge 82; nach oben hin wird das Leistungsfenster 80 zunächst begrenzt durch die Leistung aus der aktuellen zur Verfügung stehenden Primärenergie 81 zuzüglich der Leistung aus der maximal möglichen feuerbaren Erdgasmenge 83. Weiterhin wird an der unteren Grenze 90 des Leistungsfensters 80 ein Erdgasfeuerbetrag zur Erreichung des wirtschaftlichen Optimums 86 vorgesehen. D.h., die untere Grenze 90 des Leis¬ tungsfensters 80 verschiebt sich um diesen - ökonomische Randbedingungen berücksichtigenden - Betrag nach oben.
Um automatisiert leistungsregelfähig zu sein, werden weiter an den Grenzen 90 des Leistungsfensters 80 eine untere Leis¬ tungsreserve 84 sowie eine obere Leistungsreserve 85 einge¬ baut. D.h., das Leistungsfenster 80 verringert sich (weiter) jeweils um diese untere bzw. obere Leistungsreserve 84, 85.
Diese Leistungsreserven 84, 85 stellen sicher, dass das
Kraftwerk 1, solange es innerhalb dieser „Reservengrenzen" 91 (untere Grenze des Leistungsbereichs/-fensters im „load set- ting mode") , 92 (obere Grenze des Leistungsbereichs/-fensters im „load setting mode") gefahren wird, d.h. die Sollwerte werden innerhalb dieser Grenzen 91, 92 eingestellt, leis- tungsregelfähig ist.
Die untere Leistungsreserve 84 setzt sich zusammen aus einer Reserve für das Unterfeuern bei Leistungsrampen, einer „dam- ping"-Reserve, einer Reserve für ein Entladen des Dampfspei- chers sowie der Reserve für die Leistungsregelung („load control") und der Reserve für die Primärregelung; die obere Leistungsreserve 85 setzt sich zusammen aus einer Reserve für das Überfeuern bei Leistungsrampen, der „damping"-Reserve, einer Reserve für ein Laden des DampfSpeichers sowie für die Reserve für die Leistungsregelung und die Reserve für die Primärregelung .
Entsprechend einer Leistungserhöhung bzw. einer Leistungsverringerung der Anlage im „load setting mode" muss der Dampf- druck erhöht bzw. verringert werden. Dazu muss eine entspre¬ chende, ausreichende Menge an Reserveleistung für die jewei¬ lige zu fahrende Leistungsrampe zur Verfügung gestellt wer¬ den . Auch für die Leistungsregelung muss eine bestimmte Leistungs¬ reserve vorgehalten werden, welche sich aus den Anforderungen aus Leistungsregelung der Turbine 42 und der Sekundärregelung ergeben . Dieses Leistungsfenster 80, innerhalb dessen der Sollwert 70 der Anlage 1 liegen darf, ist dabei dynamisch, d.h. es verschiebt sich während des Betriebs des Kraftwerks 1 in Abhän¬ gigkeit der - schwankenden bzw. sich ändernden - zur Verfügung stehenden Primärenergie 10, 93. Steht mehr Primärenergie 10 zur Verfügung (erhöhte Sonneneinstrahlung) , verschiebt sich das Leistungsfenster 80 nach oben 94; steht weniger Primärenergie (Bewölkung) zur Verfügung, verschiebt sich das Leistungsfenster nach unten 95. Begrenzt wird die erreichbare Leistung des Kraftwerks 1, „ränge of Operation" 100, nach oben lediglich durch eine ermittelte Kann-Leistung 96, d.h. eine maximal fahrbare Leis- tung des Kraftwerks 1 in Abhängigkeit vom Zustand einzelner leistungsbegrenzender Aggregate (z.B. Speisepumpen in Betrieb) . Nach unten ist die fahrbare Leistung der Anlage 1 le¬ diglich begrenzt durch eine maximale (Minimal- ) Last 97, wel¬ che für einen stabilen Betrieb der Anlage 1 mindestens not- wendig ist.
Erst wenn das Leistungsfenster 80 bzw. die ermittelte Fens¬ tergröße einen vorgegebenen Mindestbereich unterschreitet, beispielsweise dadurch, dass sich die Leistung auf Grund der primären Wärmezufuhr 10 bereits der maximalen Anlagenleistung bzw. Kann-Leistung 96 nähert, wird die Anlage 1 auf den Ist¬ wert nachgeführt und Lastverteilereinfluss bzw. Primär-/ Sekundärregeleinfluss ausgeschaltet (Ist-Betrieb 74). Wie FIG 1 zeigt, wird das Kraftwerk 1 durch - seitens des
Lastverteilers 14 - Vorgabe des (Leistungs- ) Sollwerts , MWel, 70 gefahren. Aus diesem vorgegebenen Sollwert 70 werden entsprechende Sollwerte für die Erdgasfeuerungssteuerung 73 und die Turbinensteuerung 72 ermittelt - und entsprechend dieser die Anlage 1 geregelt bzw. gefahren.
Zur Information werden die Grenzen 90 des aktuellen Leistungsfensters 80 auch an den Lastverteiler 14 übermittelt. FIG 3 zeigt in Kurven die Leistungsbereiche und das Betriebs- /Leistungsverhalten des solarthermischen Kraftwerks 1 im Ist- Betrieb a, c bzw. 74 sowie im Leistungsfolgebetrieb b bzw. 71 („load setting mode") . Dabei sind die dargestellten Kurven jeweils als normierte
Kurven in [%] (Achse 105) über die Zeit t (Achse 106) angege¬ ben . Die Kurve 101 zeigt den Verlauf der durch die primäre Wärme- quelle-/zufuhr 10 zur Verfügung stehenden Leistung. Die Kurve 104 zeigt den Verlauf des (Leistungs- ) Sollwertes der Anla¬ ge 1; mit Kurve 107 ist die gefahrene Ist-Leistung der Anlage 1 dargestellt.
Während der Betriebsphasen a und c der Anlage 1 wird das so¬ larthermische Kraftwerk 1 im üblichen Ist-Betrieb 74 - vom Operateur per Hand - gefahren. Entsprechend der zu Verfügung stehenden Leistung aus der primären Wärmequelle/-zufuhr 10 wird der Sollwert 70 der Anlage 1 eingestellt, d.h. der Soll¬ wert 70 folgt dem Verlauf 1 der Primärenergie 10, 101.
Zum Zeitpunkt A wird das Kraftwerk 1 in den Leistungsfolgebe- trieb b bzw. 71 versetzt, in welchem die Anlage bis zum Zeit¬ punkt B gefahren wird.
Zum Zeitpunkt A des Einsetzens des Leistungsfolgebetriebs 71 „öffnet" sich das Leistungsfenster 80 mit der in FIG 3 darge- stellten unteren Leistungsfenstergrenze 102 bzw. 91 und der dargestellten oberen Leistungsfenstergrenze 103 bzw. 92. Der Sollwert wird zum Zeitpunkt A in etwa in die Mitte des Leis¬ tungsfensters 80 gefahren. Wie FIG 3 weiter zeigt, verschiebt sich mit Änderung der je¬ weils aktuell zur Verfügung stehenden „Primärenergie" 10, 101 das Leistungsfenster 80, innerhalb dessen der Sollwert 70 - für die Gewährleistung der Leistungsregelung 71 bei dem solarthermischen Kraftwerk 1 - liegen darf (Verlauf C) , nach oben bzw. unten.
Damit verbunden ist eine automatische Anpassung des möglichen Einstellbereiches des Sollwertstellers. Wie FIG 3 zeigt, wird ein aktueller Sollwert 70, der infolge einer Verringerung der Primärenergie 10 nun plötzlich oberhalb der oberen Grenze 103, 92 des Leistungsfensters 80 lie¬ gen würde (Punkt G) , entsprechend vom Sollwertsteller ange- passt, d.h. er wird von der sinkenden oberen Begrenzung 103 automatisch mit nach unten geführt (Verlauf/Phase e) .
Sobald sich, auf Grund einer Änderung bzw. Erhöhung der Pri- märenergie 10, die obere Begrenzung 103 wieder nach oben verschiebt (Punkt H) , wird der Sollwert zunächst noch auf dem Niveau bei Punkt H belassen, solange bis ein neuer aktueller Sollwert 70 vorgegeben wird (Punkt D) . Entsprechendes gilt auch für plötzlich unterhalb der unteren Grenze 102 des Leistungsfensters 80 liegende aktuelle Soll¬ werte 70.
Wie hier FIG 3 zeigt, wird ein aktueller Sollwert 70, der in- folge einer Erhöhung der Primärenergie 10 nun plötzlich unterhalb der unteren Grenze 102, 91 des Leistungsfensters 80 liegen würde (Punkt E) , entsprechend vom Sollwertsteller an- gepasst, d.h. er wird von der ansteigenden unteren Begrenzung 102 automatisch mit nach oben geführt (Verlauf/Phase d) .
Sobald sich, auf Grund einer Änderung bzw. Verringerung der Primärenergie 10, die untere Begrenzung 102 wieder nach unten verschiebt (Punkt F) , wird der Sollwert 70 zunächst noch auf dem Niveau bei Punkt F belassen, so lange bis ein neuer aktu- eller Sollwert 70 vorgegeben wird (Punkt D) .
Zum Zeitpunkt B verlässt die Anlage 1 den Leistungsfolgebe¬ trieb b und geht wieder in den Ist-Betrieb c bzw. 74 über. Das Leistungsfenster 80 „schließt" sich. Der Sollwert 70 folgt wieder unmittelbar der Primärenergie 10.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für eine Leistungsregelung und/oder Frequenzbzw. Primär- und/oder Sekundärregelung bei einem solarthermi- sehen Dampfkraftwerk (1) mit einer nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle (10) und einer zusätzlichen Wärmequelle (20) sowie mit zumindest einem thermischen Energiespeicher (63, 47),
dadurch gekennzeichnet, dass
unter Verwendung der zusätzlichen Wärmequelle (20) in einem primären Kreislauf (2) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) der zumindest eine thermische Speicher (63, 47) in einem sekundären Kreislauf (3) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) aufgefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die primäre Wärmequelle (10) Sonnenenergie ist und/oder dass die zusätzliche Wärmequelle (20) eine Erdgasbefeuerung (20) ist.
3. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche Wärmequelle (20) mehrere gestückelte Wärme¬ quellen aufweist.
4. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche Wärmequelle (20) einen schnellen Wärmeeintrag auf ein in dem primären Kreislauf (2) zirkulierenden Wärmeträgermedium (13), insbesondere auf ein Thermoöl (13), ermög¬ licht und/oder dass die zusätzliche Wärmequelle (10) über ei- nen weiten Bereich regelfähig ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere unter Verwendung der zusätzlichen Wärmequelle (20) auffüllbare thermische Energiespeicher (63, 47) in dem sekundären Kreislauf (3) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) vorhanden sind.
6. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine thermische Energiespeicher (63, 47) auf einem in einem in dem sekundären Kreislauf (3) zirkulierenden Prozessmedium (41), insbesondere auf einem in Wasserdampf, immanenten Energiespeicher beruht.
7. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine thermische Energiespeicher (63) eine Dros¬ selung von einem Hochdruck-Turbinenregelventil (47), eine Überlasteinleitung zu einer Hochdruckteilturbine, ein Kondensatstau, eine speisewasserseitige Umgehung von Hochdruckvor¬ wärmern oder eine Androsselung von Anzapfdampfleitungen zu Hochdruckvorwärmern ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auffüllen des zumindest einen thermischen Energiespei¬ chers (63, 47) abhängig von einem Befüllungsgrad (Level) des zumindest einen thermischen Speichers (63, 47) erfolgt.
9. Solarthermisches Dampfkraftwerk (1) mit einer nicht frei anpassbaren primären Wärmequelle (10) und einer zusätzlichen Wärmequelle (20) sowie mit zumindest einem thermischen Ener- giespeicher (63, 47),
gekennzeichnet mit
einem Datenverarbeitungsmittel (64), insbesondere einer pro¬ grammierten Recheneinheit (64), welches derart eingerichtet ist, dass mindestens einer der voranstehenden Verfahrensansprüche durchführbar ist.
10. Solarthermisches Dampfkraftwerk (1) nach mindestens dem voranstehenden Anspruch,
bei dem das Datenverarbeitungsmittel (64) Bestandteil einer Blockführung (61) des solarthermischen Dampfkraftwerks (1) ist .
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