Verfahren zur Kühlung eines Kraftwerksblocks

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftwerksblock sowie ein Verfahren zur Kühlung eines Kraftwerksblocks.

Bei modernen Energieversorgungssystemen ist die Auslastung eines Kraftwerksblocks gut planbar. Die verstärkte Integra ^¬ tion und Anbindung von regenerativen Energiequellen wie Solar- und Windkraftanlagen erfordert jedoch eine schnellere Verfügbarkeit und Regelbarkeit der Leistung eines Kraftwerks ^¬ blocks. Die Regelbarkeit des Generators des Kraftwerksblocks ist durch die mechanische Spannungen beim Lastwechsel be ^¬ grenzt. Eine übermäßige Beanspruchung des Generators führt im Weiteren zu einer reduzierten Lebensdauer der Generatorkomponenten. Es ist daher wünschenswert, den Generator möglichst bei konstanter Temperatur zu betreiben oder die Temperatur- Schwankungen zu begrenzen. Bislang werden zur Kühlung Regelungen eingesetzt, bei denen die Kühlung in Abhängigkeit der Temperatur und/oder der aktuellen Leistung des Generators erfolgt, welche sich im Betrieb leicht messen lassen. Dabei werden generatorspezifische Zeitkonstanten, wie etwa die Er- wärmungs- oder Abkühlzeitkonstanten bislang nicht berücksichtigt. Dies führt in einigen Betriebszuständen zu einer zu starken Kühlung, wodurch der Wirkungsgrad des Kraftwerks ^¬ blocks reduziert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, die Auslastung des Kraftwerks ^¬ blocks zu kennen und das Kühlsystem anhand der geplanten Auslastung im Vorfeld einer Leistungserhöhung oder -reduzierung so anzupassen, dass die thermischen Gradienten und somit die auftretenden mechanischen Spannungen möglichst gering sind.

Der erfindungsgemäße Kraftwerksblock gemäß Anspruch 7 sowie das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 haben demgegenüber den Vorteil, dass die Kühlleistung des Kühlsystems in Abhängigkeit von der vorhergesagten Auslastung des Kraftwerksblocks erfolgt. Dies kann durch eine variable Kühlung erfolgen. Zur Steuerung dieser variablen Kühlung findet ein Regelkonzept Verwendung, welche im Sinne einer Smart-Grid Regelung die geplante Auslastung des Kraftwerksblocks berück ^¬ sichtigt. Dadurch können die thermischen Gradienten und somit die mechanischen Spannungen reduziert werden, wodurch die Lebensdauer der jeweiligen Komponenten erhöht wird und der Wirkungsgrad des Kraftwerksblocks erhöht werden kann, weil die Kühlung durch das Kühlsystem auf ein Minimum reduziert werden kann.

Ein Merkmal des Verfahrens besteht darin, dass ein Generator des Kraftwerksblocks derart gekühlt wird, dass eine Tempera- tur des Generators im Betrieb des Kraftwerksblocks in einem Betriebsbereich zwischen einer Maximaltemperatur und einer Minimaltemperatur gehalten wird. Durch die Regelung auf ein Temperaturband und nicht auf eine maximal zulässige Tempera ^¬ tur, wobei die Kühlung bei rückläufiger Last des Kraftwerks- blocks derart zurückgefahren wird, dass die Temperatur des Generators möglichst lange oberhalb der Minimaltemperatur bleibt. Dadurch kann die thermische Belastung bei einem nachfolgenden Wiederhochfahren des Kraftwerksblocks möglich gering gehalten werden und der Kraftwerksblock schneller wieder in den Leistungsbetrieb gebracht werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Kraftwerksblocks sowie des Verfahrens zur Kühlung des Kraftwerksblocks möglich.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Minimaltemperatur des Generators in Abhängigkeit der geplanten Auslastung des Kraftwerksblocks angepasst wird. Durch eine Anpassung der Minimaltemperatur kann in Abhängigkeit einer Pause zwischen einem Lastbetrieb und einem nachfolgenden Lastbetrieb des Kraftwerksblocks entsprechend variabel auf die Pause reagiert werden . Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens be ^¬ steht darin, dass die Regelung für den Generator relevante Zeitkonstanten berücksichtigt. Besonders vorteilhaft ist da- bei, wenn eine Erwärmungs- oder Kühlzeitkonstante für Ständer oder Rotor des Generators berücksichtigt werden. Durch die Berücksichtigung der Erwärmungs- und Kühlzeitkonstanten kann die vorausschauende Regelung des Kühlsystems weiter verbes ^¬ sert werden, so dass die Kühlleistung des Kühlsystems redu- ziert und der Wirkungsgrad des Kraftwerksblocks weiter erhöht werden kann.

Ebenfalls ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Kühlleistung vor einem geplanten Stopp des Kraftwerksblocks derart redu- ziert wird, dass der Generator beim nächsten Start mit gleichmäßig warmen Generatorkomponenten gestartet werden kann .

Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass in Abhängigkeit der geplanten Auslastung des Kraftwerksblocks eine Kühlleis ^¬ tung des Kühlsystems für unterschiedliche Bereiche des Gene ^¬ rators getrennt geregelt wird. Durch eine getrennte Regelung verschiedenen Generatorbereiche können beispielsweise die be ^¬ sonders belasteten Endzonen bei bestimmten Arbeitspunkten des Generators verstärkt gekühlt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Kühlsystem einen Latentwärmespeicher aufweist, wobei durch den Latentwärmespeicher der Temperaturabfall des Gene- rators bei Abschalten des Kraftwerksblocks begrenzt wird und die Temperatur länger oberhalb einer Minimaltemperatur gehalten werden kann.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Kraftwerksblocks sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Kühlung eines Kraftwerksblocks anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Be ^¬ zugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Kraftwerksblocks.

Der Kraftwerksblock 1 umfasst eine Turbine 10, einen Genera ^¬ tor 20 sowie ein Kühlsystem 30. Die Turbine 10, insbesondere eine Gasturbine 11, ist auf einer Welle 15 angeordnet, welche die Turbine 10 zumindest mittelbar mit dem Generator 20 ver ^¬ bindet. Zur Kühlung des Generators 20 ist ein Kühlsystem 30 vorgesehen, wobei das Kühlsystem 30 eine Pumpe 31 aufweist, mit der ein Kühlmedium durch Leitungen 32, 33 des Kühlsystems gefördert werden kann. Ferner umfasst das Kühlsystem 30 einen Vorratsbehälter 35, welcher über eine erste Leitung 32 mit dem Generator 20 verbunden, während eine zweite Leitung 33 vom Generator 20 zurück zum Vorratsbehälter 35 führt. Zusätzlich kann das Kühlsystem 30 eine Wärmetauscher 34 aufweisen, mit dem Wärme aus dem Kühlsystem 30 an eine Umgebung außer- halb des Kraftwerksblocks 1 abgegeben wird. Alternativ kann die Wärme auch benutzt werden, um Komponenten des Kraftwerks ^¬ blocks 1 oder ein zum Kraftwerksblock 1 gehörendes Gebäude zu heizen. Zusätzlich kann das Kühlsystem 30 einen Latentwärmespeicher 37 aufweisen, in dem ein Kühlmedium des Kühlsystems 30, insbesondere Wasser, bevorratet werden kann. Damit kann ein Temperaturabfall des Kühlmediums bei einem Abschalten des Kraftwerksblocks 1 zumindest deutlich reduziert werden.

Der Kraftwerksblock 1 weist ferner eine Regler 40 zur Rege- lung der Kühlleitung im Kühlsystem 30 auf. Der Regler 40 hat eine Schnittstelle 41, über welche der Regler 40 mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 50, beispielsweise einem Computer zur Planung der Auslastung der Kraftwerksblocks 1, verbunden ist. Über die Schnittstelle 41 kann die Datenverarbei- tungsanlage Informationen über die geplante Auslastung des Kraftwerksblocks 1 an den Regler 40 geben, und so neben der aktuellen Last und der aktuellen Temperatur weitere Kenngrö- ßen zur Verfügung stellen, über die der Regler 40 die Kühlleistung des Kühlsystems 30 regelt.

Dabei erfolgt die Regelung über die geplante Auslastung des Kraftwerksblocks 1, beispielsweise durch Informationen vom Grid oder von der Kraftwerkssteuerung. Zusätzlich werden Informationen über generatorspezifische Parameter wie Erwärmungszeitkonstanten oder Abkühlungszeitkonstanten von Ständer 21 oder Rotor 22 des Generators berücksichtigt.

Die Kühlleitung 32 weist Verzweigungen 36 auf, welche über Ventile 38 geöffnet oder geschlossen werden können. Somit lässt sich die Kühlleistung des Kühlsystems 30 derart anpas ^¬ sen, dass im Betrieb des Generators 20 höher belastete Berei- che, beispielsweise die Endzonen 23 verstärkt gekühlt werden können .

Im Betrieb des Kraftwerksblocks 1 werden Bauteile des Kraft ^¬ werksblocks 1, insbesondere der Generator 20, gekühlt. Zu- sätzlich kann auch eine Kühlung der Turbine 10, insbesondere der hinteren Verdichterstufen der Turbine 10 vorgesehen sein. Dazu ist die Pumpe 31 über eine Kühlleitung 13 mit der Tur ^¬ bine 10 verbunden. Das Kühlmedium kann über eine Rücklauflei- tung 14 von der Turbine 10 zurück zum Vorratsbehälter strö- men. Erhält die Datenverarbeitungseinrichtung 50 eine Information, dass die Leistung des Kraftwerksblocks 1 reduziert werden soll, bzw. der Kraftwerksblock 1 komplett vom Netz gehen soll, dann wird die Kühlleistung bereits im Vorfeld reduziert, um ein schnelles Abkühlen der Bauteile des Kraft- werksblocks 1, insbesondere des Generators 20, zu vermeiden. Alternativ kann zumindest eine Teilmenge des heißen Kühlmedi ^¬ ums nach einem Lastbetrieb des Kraftwerksblocks 1 in den Latentwärmespeicher 37 gefördert werden, um einen Temperaturabfall des Kühlmediums zu reduzieren. Dazu wird ein Ventil 39 an der zweiten Leitung 33 geöffnet, wodurch das Kühlmedium in den Latentwärmespeicher 37 einströmen kann. Ferner werden Absperrventil 43,45 geschlossen, so dass das Kühlmedium nicht am Latentwärmespeicher 37 vorbei in den Vorratsbehälter 35 zurückströmt. Zum Entleeren des Latentwärmespeichers wird das Ventil 39 geschlossen und die Absperrventile 43,45 geöffnet, so dass das noch warme Kühlmedium wieder in den Kühlkreislauf 30 zurückströmen kann.

Durch die vorausschauende Regelung der Kühlleistung kann unter Umständen eine kurzfristige Temperaturerhöhung gegenüber der Temperatur im Lastbetrieb in Kauf genommen werden. Soll die Leistung des Kraftwerksblocks 1 nach einer Phase der niedrigen Teillast wieder erhöht werden oder soll der Kraftwerksblock nach einem kurzfristigen Stillstand wieder ans Netz gehen, so startet der Generator 20 durch die vorgeschlagene Regelung des Kühlsystems 30 noch im warmen Generatorkom- ponenten 21,22. Somit sind ein schnelleres Hochfahren und eine schnellere Aufnahme eines Leistungsbetriebs des Kraft ^¬ werksblocks 1 möglich. Alternativ werden bei einem genauso schnellen Hochfahren des Kraftwerksblocks 1 wie bei konventi ^¬ onellen Lösungen die thermomechanischen Spannungen in dem Generator 20 und/oder der Turbine 10 reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer der betroffenen Bauteile führt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.