热力发电厂特别是蒸汽发电厂或联合循环发电厂（ccpps）中的冷启动的最优化的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热力发电厂，特别是蒸汽涡轮或燃气和蒸汽涡轮发电厂(联合循环发电厂)，并且还涉及用于操作热力发电厂的方法，特别是蒸汽涡轮或燃气和蒸汽涡轮机发电厂。
【背景技术】
[0002]蒸汽祸轮发电厂或仅仅简称为蒸汽发电厂还可以例如从http://de.wikipedia.0rg/wiki/Dampfkraftwerk 了解(自 2013 年 3 月 23 日可获得)。
[0003]蒸汽发电厂是一种用于从化石燃料产生电力的热力发电厂，在这种情况下，其中来自蒸汽的热能在蒸汽涡轮机系统或在蒸汽涡轮机中转换为动能，并且在发电机中被进一步转换为电能。
[0004]对于这种蒸汽发电厂，用于操作蒸汽涡轮机所必需的蒸汽首先蒸汽锅炉中产生，从一般地在之前已经被清理并准备的(给)水借助与化石燃料的加热来产生。通过进一步在过热器中加热蒸汽，蒸汽的温度和比容增大。
[0005]蒸汽从蒸汽锅炉经由管道流入蒸汽涡轮机，其释放之前占用的能量的一部分至涡轮机作为动能。发电机耦合至涡轮机，其转换机械功率至电功率。
[0006]之后，膨胀的且冷却的蒸汽流入冷凝器，其通过热传递到环境冷凝并收集为液态水。
[0007]通过穿过冷凝栗和预热器，水立即存储在给水箱中，然后再次经由给水栗供给蒸汽锅炉，由此完成一个循环(“原始发电厂过程”)。
[0008]不同类型的蒸汽发电厂之间所引出的差别取决于用于产生蒸汽的燃料，诸如例如燃煤发电厂或燃油发电厂。
[0009]其它种类的热力发电厂也是已知的，诸如例如燃气-涡轮机发电厂(也简称为燃气发电厂)或者燃气和蒸汽发电厂的组合(所谓的燃气和蒸汽联合发电厂)或者燃气-蒸汽涡轮机发电厂(也简称为联合循环发电厂)。
[0010]燃气发电厂是具有燃气涡轮机系统的热力发电厂，燃气涡轮机系统包括压缩机、通常具有许多燃烧器的燃烧室，以及用于发电的燃气涡轮机。
[0011 ] 燃气涡轮机发电厂是用液体燃料操作的。这些燃料一般是碳氢化合物、酒精、煤气或天然气。这些液体是用于燃气涡轮机系统的燃料，其燃气涡轮机驱动与其耦合的发电机用于发电。
[0012]在该过程中，压缩机同样地机械耦合至燃气涡轮机并由其驱动，最初吸入新鲜空气用于燃烧工艺并压缩其至一般位于15巴-20巴范围内的值。
[0013]压缩空气和燃料一起供给燃烧室。在那里，新鲜空气和燃料的混合物通过一个或多个燃烧器点燃，然后为了在那里和燃烧气体(大体上是二氧化碳、蒸汽、氮气和氧气)一起燃烧达到高至大约1500 °C甚至更高的温度。
[0014]然后热排气流入燃气涡轮机，其中它们通过膨胀释放其热能的一部分至燃气涡轮机作为动能。
[0015]机械功率接着通过耦合到燃气涡轮机的发电机被转换为电功率，其作为电流被供给电气供电系统(“原始发电厂过程”)。
[0016]排气或废气(富含二氧化碳)直接地或有时也经由热交换器从燃气涡轮机出口带走。
[0017]联合循环发电厂是其中结合了燃气发电厂和蒸汽发电厂的原理或循环的热力发电厂。在这种情况下，燃气涡轮机通过其热排气作用为蒸汽发电厂的下游废热锅炉的热源，其基于蒸汽发电厂的常规原理，反过来用作蒸汽涡轮机的蒸汽发电机。
[0018]众所周知，热力发电厂还经常通过控制站的操作员借助于作为发电厂的部件部分的所谓的控制和保护系统“运行”。换言之，发电厂的控制和保护系统，通常被理解为意味着用于控制和保护发电厂的装置和方法。
[0019]因此，例如，控制和保护系统包括指示发生在发电厂(此处是热力发电厂)中的所有信息，诸如例如在控制站中的测量值、过程或状态数据，并且基于中央监测和控制计划在作为发电厂的中央监测和控制单元的中央控制和保护计算机中处理它。因此在那里指示、评估、监测和控制各个发电厂部件的操作状态。操作员可以使用在那里的元件以插入到发电厂的操作顺序中，并因此运行发电厂。
[0020]随着不稳定能量的比例的增加，例如来自可更新的、再生的能源，诸如特别是例如通过光伏系统/发电厂、太阳能发电厂或风力涡轮机产生的太阳能或风能，作为能量分布网络的能量混合的一部分，供给能量至能量分布网络的常规的热力发电厂越来越多地承担用控制能量支持能量分布网络并以用于可更新的、不稳定能源或其对应发电厂的容量和控制能量的形式作为后备。
[0021]作为该角色的一部分，作为这种在常规的热力发电厂中的实际的能量产生可以减弱到后台中至在关闭很长时间的程度，不需要它们(空转)并冷却，使得当它们(再次)启动至它们的操作状态时，开始进行冷启动(例如，在空转大于大约56个小时后)而不是热启动(例如，在空转大约8-56小时后)。
[0022]因为常规的热力发电厂的构造类型，这种冷启动阶段可以在2小时到8小时之间，但是在一些环境下，甚至高达10小时。
[0023]然而，在该(启动/冷启动)阶段，热力发电厂不能提供或交易“其自身的”任何能量，而是需要买入能量，例如，因为其自身在预热期间的能量需求。
[0024]此外，热力发电厂没有被设计为或准备用于迅速重复的关闭和再次启动，并且冷启动还在发电厂上施加极端的压力，其在高达30小时的冷启动的情况下，可以意味着热力发电厂的整个寿命的减小。
[0025]因此希望保持对于热力发电厂启动或这种冷启动阶段尽可能短和/或使其在系统或发电厂部件上具有很小的张力。
[0026]通过特定预热发电厂部件的缩短对于热力发电厂的启动或这种冷启动阶段是已知的，特别是发电厂的涡轮机系统；这允许热力发电厂或其部件更快地上升到操作温度。
[0027]对于热力发电厂的这种预热，特别是其部件，具体是其涡轮机或涡轮机系统，可以从能量分布网络抽取能量。
[0028]通过这种(外部的)能量，加热热力发电厂的辅助蒸汽发电机是可能的，其产生高质量的蒸汽。该蒸汽被提供至热力发电厂的涡轮机/涡轮机系统并流过涡轮机/涡轮机系统，借此预热或彻底加热后者。
[0029]—旦涡轮机/涡轮机系统获得足够的加热，可以启动涡轮机/涡轮机系统并接着慢慢地升高(至热力发电厂的操作点或至满载)。
[0030]将要预热的或者可以在热力发电厂内被预热的其它部件是(蒸汽)锅炉或(蒸汽)锅炉罩或轴。
[0031]此处时间是通过在具有最厚的墙壁的热力发电厂中将被预热的部件确定的，例如，罩在热力发电厂的壳内的轴和高压蒸汽或者在那里的蒸汽涡轮机系统，因为这些发电厂部件需要最长的时间来彻底加热。
[0032]因此，例如，现代的联合循环发电厂需要大约4小时用于冷启动。
[0033]为了缩短对于热力发电厂的冷启动阶段或启动时间，还已知此处联合循环发电厂是所谓的“改进的FaCy”或者“飞速热”(“快速启动”)(“Improvement of operat1nalefficiency based on fast startup plant concepts，，，乌利齐.格鲁曼等，西门子 AG 會泛源部门，12世纪能源大会，蒙特利尔，9月12日-16日，2010)。
[0034]在“改进的FaCy”或者“飞速热”的情况下，联合循环发电厂的蒸汽涡轮机大致与用废热加热蒸汽涡轮机的燃气涡轮机并行启动，热蒸汽借此立即进入蒸汽涡轮机，但仍然低于其负载极限或最大的必需的加热温度梯度，并且因此，其快速“升高到温度”。在联合循环发电厂内的启动时间可以通过该方式显著地减小。
[0035]“改进的FaCy”或者“飞速热”的缺点是其在现有的热力发电厂中的实施方式需要(发电厂硬件和软件)对应的、复杂的(后续的)设备。
[0036]“改进的FaCy”或者“飞速热”的另一个缺点是用于此的原始能量因此具有增加的附加的成本。换言之，例如，气体在燃气涡轮机中燃烧，并且用其加热蒸汽部分。
[0037]抵消所描述的影响热力发电厂的冷启动问题的其它方法是(永久地)保持发电厂部件发热，持续地操作热力发电厂在满载或减小发电厂至仅仅部分负载。然而，这些方法牵涉了经济的、生态的和/或技术缺点和风险。
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