混合发电厂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合发电厂，包括至少一个涡轮电厂和至少一个储能装置，还包括运行这样的一个混合发电厂的一种附属方法。
【背景技术】
[0002]一个电网的运行需要的能量由多个不同种类的发电厂提供，例如，核电厂、燃煤电厂、天然气电厂、风力发电厂、沼气发电厂或太阳能发电厂，所有这些电厂都为非本地电网提供能量。非本地电网是输电网，举个例子，例如那些在德国的输电网，如Ampr1n, 50Hertz, Tennet and TransnetEnBW。这些输电网是欧洲互联电网的一部分。
[0003]直到现在，50Hz的电网频率被使用在这些电网中，目的是使电网稳定。可再生能源的使用范围内，有一种减小涡轮电厂数量的趋势(这里涉及带有涡轮的动力装置，用于产生能量并将它输入电网中)。结果，相应地，会有更少的涡轮电厂为电网提供电能，因此相应地会对电网频率有着更小的影响。当电网中的负载增加时，涡轮电厂的涡轮机轴被减速，以便释放能量，因此正常的，电网频率降低。相反，当负载减少时，涡轮的转速增加，因此，电网频率也增加。但是，当大部分电网逆变器在电力生产期间使用可再生能源，例如风力发电厂、沼气发电场或太阳能发电厂，那么功率大小不再影响频率，这使得开关涡轮电厂不再根据电网频率的增加和降低来打开和关闭开关。在此情况下，电网不再通过改变电网频率来响应负载状态的改变，但是，电网逆变器在过载的情况下突然被关断，可能会导致全网停电(主电网电源中断)。
[0004]在该【背景技术】之前，就期待有能够抵御电力中断(停电)的电网了，即使是在涡轮电厂数量降低的情况下。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种合适的发电厂及一种附属方法，用于为非本地电网提供电能，以改善非本地电网中针对突然停电(断电)的安全性。
[0006]该目的是由为非本地电网提供能量的一混合发电厂实现的，包括至少一涡轮电厂和带有一个或多个储能模块的至少一储能装置，其中涡轮电厂与非本地电网连接，用于输入电能，且包括一监测单元，用于根据一特定转速特征量监测涡轮的转速，至少是在能量被输入非本地电网时，其中，储能装置与非本地电网独立连接，或者通过涡轮电厂连接，其中，监测单元与附属储能装置的一控制单元连接，用于基于特定转速特征量通过一数据连接传输一特征量信号给控制单元，储能装置的控制单元以这种方式设置一一为响应特征量信号一一以便如果涡轮的转速下降，它引起了储能装置能够给非本地电网提供额外能量。
[0007]通过增加带储能系统的涡轮电厂，其中储能系统与涡轮电厂连接，以这种方法，如果涡轮的转速下降，储能系统将能量输入非本地电网，涡轮转速因非本地电网中的外部负载导致的下降，比没有额外增加的储能装置的情况的下降要慢的多。根据额外输入的电量，涡轮的转速也可以再次被提高至目标值。以这种方式，作为一个总系统的混合发电厂的总惯性被增加，并且因而，它朝着外部动作，好似回转质量(涡轮)被增加了。因此，没有实际的额外质量，剩余的涡轮的稳定效应可以被改善，而不必为此使用电网频率的控制参数。因此，该混合发电厂可以使用相同的稳定效应，即使是缺少混合发电厂的频率调整，由于有非本地电网的电网频率，因而改善了在非本地电网中对于所谓停电的安全性，其中非本地电网具有基于可再生能源的大量电厂，这些电厂通过有恒定电网频率的电网逆变器向非本地电网中注入能量，因此之前在基于电网频率的波动的涡轮电厂的共同调节是不可能的，或者至少是困难的，由于未使用根据本发明提供更多解决方法，断电的风险会上升。而且，鉴于本发明提出的混合发电厂，在电厂有电网逆变器的情况下，免除重新给系统装备所谓的虚拟同步机的需要是可能的。如果没有基于本发明的混合发电厂，有电网逆变器的电厂，特别是基于再生能源发电的发电厂，例如风力发电厂或太阳能发电厂，不得不配备这样的虚拟同步机，使得这些电厂可以被平滑地结合至电网中，用于基于电网中确定的电网频率保持所有涡轮发电厂的整体控制。因此，本发明提出的混合发电厂也使得通过电网逆变器与非本地电网连接的电厂的使用更为有利，而不需要所谓的虚拟同步机。进一步地，与非本地电网连接的储能系统同样的也不需要用于电网连接的虚拟同步机。
[0008]所以，有了本发明以后，非本地电网或互联电网中的供电可靠性和电网质量得到了保证。精确地，正极和负极能量供应的可能性(向电网输入能量或从电网获取能量)保证了对现有电网状态的灵活响应，其中电网状态通过涡轮发电厂的涡轮转速间接确定。使用储能装置，依靠涡轮发电厂和储能装置之间的相互作用，非本地电网的需求被有效的满足。由于本发明的储能系统，可再生能源的技术提升和金融实用性提升也可以实现，非本地电网中的调整可以被简化。
[0009]此处，术语“非本地电网”指的是跨地区大范围的电力网(以下简称电网)。输电网(公共电网)是非本地电网的例子。举个例子，德国的公共电网由四个输电网组成，由网络运营商Ampr1n，50Herz, Tennet and TransnetEnBW运营。这四个输电网一起形成了德国的互联电网。在其它国家，对应的输电网由其它电网运营商运营。个别国家的高级欧洲互联电网由附属输电网组成，其也应同样的该被视为一种非本地电网，但是，现在只规定了运行储备的标准。
[0010]术语“涡轮发电厂”指的是带有涡轮机的电厂。举个例子，这样的电厂是适合用于将运行储备(也被称为备用功率或备用容量)输入电网，以提供用户精确要求的电功率。出于这个目的，短期功率自适应可以在涡轮发电厂中执行，因为快启动电厂(比如燃气轮机电厂)被启动或是因为抽水储能电厂被使用。运行储备是能量规定的范围内需要的瞬态功率的一部分，用于抵消损失，并且为了补偿输入功率和输出功率之间的差异。可调整电厂用于在非本地电网内提供一主要和次要运行储备。主要运行储备用于补偿物理的电能和电力需求之间的不平衡，用于恢复一稳定的电网频率。，次要运行储备用于在出现差值后恢复物理的电能和电力需求之间的平衡，因此，与主要调节相比，仅在特定调控区域内的情况下——包括与其他调控区域的功率交换——被考虑在内。正如本发明中阐述的，术语“涡轮发电厂”，举个例子，指的是燃煤发电厂、燃气轮机发电厂、核电厂或抽水储能发电厂。所有这些电厂都通过涡轮与电网连接。
[0011]此处术语“涡轮”指的是一种发电涡轮机将流动介质(液体或气体)的内能转换为旋转能且最终——通过一发电机——转换为电能。然而工作在每分钟3000或3600转的蒸汽涡轮，正常情况下在大型常规电厂中使用(举个例子，燃煤或燃气发电厂)，核电厂通常使用工作在每分钟1500或1800转的饱和蒸汽涡轮。在此实现了最高发电输出，它经常大于1000MW。涡轮发电电厂(带有一个或多个独立电厂机组)可以包括一个或多个独立涡轮，用于产生电能并将其输入非本地电网。当电网中的负载增加，可调节电厂的涡轮机的涡轮机轴被减速(涡轮的转速下降)，以释放能量。相反，当负载减少时，涡轮的转速提升。
[0012]术语“监测单元”指的是能够在特定转速特征量基础上监测祸轮转速的任何单元。术语“特定转速特征量”指的是直接表示转速的物理量，或者由转速间接表示的物理量。这样的特定转速特征量，比如为涡轮转速本身、涡轮频率或涡轮输出口处的电网频率。通过转速和特定转速特征量之间的对应关系，特定转速特征量的改变代表了转速的提升或下降，这取决于所选择的特性量。在本发明的范围内，本领域技术人员也可以选择其他合适的特定转速特征量。监测单元可以是，比如说，一种包括测量单元的设备，用于确定特定转速特征量，以及一处理器，如果可应用于此，还可以包括用于评估、记录和传输特定转速特征量的额外部件。在另一个实施例中，监控单元还可以与一个或多个这样的测量单元连接。处理器可以计算转速，举个例子，来自于特定转速特征量的转速，以此为根据，正确的算法在处理器中被执行。转速可以在处理器中与一目标转速比较，因此确定了涡轮转速的升高与下降。或者，特定转速特征量可以与代表目标转速的目标值相比较。涡轮转速的升高和下降是基于特定转速特征量与一目标值的偏差确定的。
[0013]涡轮转速的下降(例如低于一第一阈值)表示所连接的电网中有高负载，高负载难以或根本不能由在那刻向非本地电网内提供电能的发电厂承担(涡轮发电厂和所有其它电厂，例如风电场和太阳能电厂)。这种不平衡的持续可能导致全局电网故障(断电)。在通过一电网逆变器给非本地电网供电的电厂数量众多的情况下(例如风力发电厂或太阳能发电厂)，电网频率本身是无法精确检测的，这是因为参数被以一恒定频率供电的电网逆变器所屏蔽，以至于涡轮发电厂没有用于运行储备的控制参数。在本发明中，使用涡轮转速的特定转速特征量的监测作为用于涡轮发电厂的调控参数，并且这代替了非本地电网内对总电网频率的调控。但是，由于这些涡轮发电厂不能足够快速的满足参数改变，根据所传输的涡轮转速控制的储能装置，被作