СПОСОБ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ГИБКОСТИ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ ТОК УСТАНОВКИ, В ЧАСТНОСТИ ГАЗОВОЙ ИЛИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И ТУРБОАГРЕГАТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК F02C9/28 

Изобретение относится к способу и устройству для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор. Кроме того, изобретение относится к устройству для обеспечения выполнения способа. Дополнительно к этому, изобретение относится к газовой и паровой турбине.

На рынок тока оказывают влияние, наряду с энергией регулирования, особенно обусловленные потреблением пиковые нагрузки. Часто они является частично не предсказуемыми. Сезонные предсказуемые колебания, такие как, например, праздничные дни и большие потребители, являются часто исключением, поскольку часто известно, когда включаются или выключаются потребляющие ток машины. Однако для обеспечения покрывающего определенную площадь потребления тока генерирующие ток установки, такие как газовые и паровые электростанции, получают информацию от больших потребителей о требуемом количестве тока в желаемый целевой момент времени. Для того чтобы в обусловленный договором целевой момент времени газовая или паровая электростанция могла отдавать желаемую мощность, обслуживающий персонал должен заранее запускать турбоагрегаты электростанции. Поэтому в большинстве случаев желаемая мощность достигается слишком рано. За счет этого для владельца электростанции возникают ненужные расходы за счет слишком раннего включения, которые должны оплачивать большие потребители, такие как промышленность, и небольшие потребители, такие как отдельные домашние хозяйства. Это является недостатком как раз на либерализированном рынке тока.

В уровне техники известны способы для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки, в частности газовой или паровой турбины, имеющей соединенный с турбиной электрический генератор, а также устройства для осуществления способа и соответствующий турбоагрегат (см. US 2004103068, 27.05.2004, US 4583360, 22.04.1986 или R.Sindelar: Effektive Turbinenregelung", BKW Brennstoff Waerme Kraf, издательство Springer VDI Verlag, Дюссельдорф, Том 51, №7/8, июль 1999).

Документ US 4583360, 22.04.1986 на имя NICK CHARLES F может рассматриваться в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения, который раскрывает способ повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, устройство для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, а также соответствующий турбоагрегат.

Исходя из указанного уровня техники, задачей изобретения является создание способа для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом. Другой задачей изобретения является создание устройства, которое обеспечивает, в частности, выполнение способа. Способ, а также устройство должны быть пригодны для применения как в газовой, так и в паровой турбине.

Относящаяся к способу задача решена, согласно изобретению, с помощью способа повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, при этом задают номинальное значение мощности и будущий целевой момент времени, в который турбоагрегат должен иметь номинальное значение мощности, так что с помощью номинального значения мощности и целевого момента времени определяют кривую мощности, при этом турбоагрегат, исходя из действительной мощности в действительное время регулируют вдоль кривой мощности так, что к заданному целевому моменту времени достигается заданное номинальное значение мощности.

Изобретение исходит из понимания того, что слишком рано достигаемое номинальное значение мощности, и связанные с этим рабочие расходы основываются на манипулировании системой вручную. Турбоагрегат на основе этой манипуляции вручную разгоняют слишком рано или же с неправильным ускорением. Изобретение исходит из идеи, что задают как номинальное значение мощности, так и будущий целевой момент времени, в который турбоагрегат должен иметь номинальное значение мощности. Это может задавать в любое время обслуживающий персонал через, например, пульт управления. Кроме того, из рабочих данных известны также действительная мощность и действительный момент времени. С помощью этих величин определяют кривую мощности. Эта кривая мощности содержит начальную точку, в которой начинается разгон турбоагрегата или же при снижении мощности в определенный целевой момент времени также его замедление. Дополнительно к этому, кривая мощности содержит также ускорение, с которым, исходя из значения действительного времени, до целевого момента времени разгоняется, соответственно замедляется турбоагрегат. Кроме того, исходя из действительной мощности в действительный момент времени, турбоагрегатом управляют вдоль кривой мощности так, что к заданному целевому моменту времени достигается заданное значение мощности. Это приводит к экономии полезной энергии, поскольку мощность предоставляется в распоряжение очень точно. Предотвращается раннее достижение заданного значения мощности за счет разгона, соответственно замедления вручную. Это снижает расходы. Кроме того, можно устанавливать точный профиль нагрузки. За счет точного профиля нагрузки можно точнее измерять расход тока и пересчитывать на крупных и мелких потребителей, что, в свою очередь, снижает тарифы для мелких потребителей. Другим преимуществом является удобство управления за счет разгрузки обслуживающего персонала.

В одном варианте кривую мощности вычисляют с учетом кривой максимальной мощности, которая характеризуется максимально допустимым градиентом мощности, и кривой минимальной мощности, которая характеризуется минимальным градиентом мощности.

В одном предпочтительном варианте выполнения кривую мощности выбирают так, что она приводит к увеличению срока службы генератора и турбины. За счет этого снижаются расходы на текущий ремонт и техническое обслуживание.

Вычисление кривой мощности предпочтительно осуществляется автоматически, соответственно с помощью компьютера. Полностью автоматическая система обеспечивает дополнительную разгрузку обслуживающего персонала. Кроме того, исключаются ошибки обслуживания.

В другом предпочтительном варианте выполнения кривую мощности вычисляют с учетом кривой минимальной и максимальной мощности. За счет этого исключаются повреждения турбоагрегат при разгоне, соответственно замедлении.

В турбоагрегате, в котором предусмотрена газовая турбина, предпочтительно выбирают кривую мощности так, что удерживается возможно меньший выброс NO_х. Это зависит от коэффициента полезного действия турбоагрегата. Исключаются нежелательные выбросы вследствие ненадлежащего разгона, соответственно замедления.

Относящаяся к устройству задача решена, согласно изобретению, за счет создания устройства для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, блоком для ввода заданного значения мощности, блоком для ввода целевого момента времени, а также блоком для считывания действительной мощности и блоком для считывания действительного времени, при этом блоки для считывания и блоки для ввода соединены с вычислительным блоком для расчета кривой мощности. Устройство особенно пригодно для выполнения указанного выше способа. Поэтому преимущества способа справедливы также для устройства.

Другие признаки, свойства и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания примера выполнения и из прилагаемой формулы изобретения.

Ниже приводится в качестве примера подробное пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично и без соблюдения масштаба изображено:

фиг.1 - выполнение способа на основании кривых мощности,

фиг.2 - блок-схема устройства.

Одинаковые части на всех фигурах обозначены одинаковыми позициями.

На фиг.1 показана кривая 20 согласно уровню техники, на основании которой обслуживающий персонал осуществляет вручную разгон турбоагрегата 30, содержащего генератор и турбину. Кривая отображает мощность Р в зависимости от времени t. Для простоты и наглядности изображения на фиг.1 представлены лишь линейные кривые мощности. При этом действительное время обозначено как время t₀, а действительная мощность - как мощность Р₀. В целевой момент времени t₁ должно иметься в распоряжении заданное значение мощности P₁. Разгон турбоагрегата вручную характеризуется кривой 20. Она начинается так, чтобы в целевой момент времени t₁ имелось в распоряжении заданное значение мощности P₁. Однако за счет раннего разгона турбоагрегата заданное значение мощности P₁ имеется уже в момент времени t₂. Поэтому в течение времени 24, которое представляет разницу между моментом времени t₂ и моментом времени t₁, имеется не желаемое заданное значение мощности P₁, за счет чего возрастают расходы. В противоположность этому, согласно изобретению, турбоагрегат 30 запускается лишь в более поздний момент времени, а именно в момент времени t₃. За счет этого исключается не требуемый период времени 24 со слишком большой заданной мощностью P₁. Разгон турбоагрегата 30 осуществляется на основе автоматически вычисленной кривой 22 мощности. Эта кривая 22 мощности выбирается так, что турбоагрегат 30 не повреждается, т.е. что кривая 22 мощности обеспечивает сохранение его срока службы. Для газовой турбины кривая 22 мощности выбирается так, что это положительно сказывается на выбросе NO_х. Кривая 22 мощности выбирается так, что она лежит внутри кривых допустимой мощности, на основании которых осуществляется разгон, соответственно замедление турбоагрегата 30. Эта допустимая область представлена кривой 40 максимальной мощности и кривой 44 минимальной мощности.

На фиг.2 показана блок-схема устройства для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, которое особенно пригодно для выполнения способа. Устройство содержит блок 12 для ввода заданного значения мощности и блок 14 для ввода целевого момента времени. Кроме того, устройство содержит блок 10 для считывания действительной мощности и блок 16 для считывания действительного времени. Блоки 10, 16 для считывания, а также блоки 12, 14 для ввода соединены для обмена данными с вычислительным блоком 18. В вычислительном блоке 18 с помощью этих данных, а также рабочих данных, которые содержат, например, кривую 44 минимальной мощности и кривую 44 максимальной мощности, автоматически вычисляется кривая 22 мощности. Кривая 22 мощности вычисляется с помощью вычислительного блока 18 так, что это не вредит турбоагрегату 30, т.е. действует в смысле удлинения его срока службы. Вычисленная так кривая 22 мощности передается в турбоагрегат 30 для автоматического разгона, соответственно замедления.

Изобретение относится к способу повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, при этом задают заданное значение мощности (P₁) и задают будущий целевой момент времени (t₁), в который турбоагрегат должен иметь заданное значение мощности (P₁), так что с помощью заданного значения мощности (P₁) и целевого момента времени (t₁) определяют кривую мощности, при этом управляют турбоагрегатом исходя из действительной мощности (Р₀) в действительное время (t₀) вдоль кривой мощности так, что заданное значение мощности (P₁) достигается в заданный целевой момент времени (t₁). Изобретение относится к устройству для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, содержащий блок для ввода заданного значения мощности (P₁) и блок для ввода целевого момента времени (t₁), а также блок для считывания действительной мощности (Р₀) и блок для считывания действительного времени (t₀), при этом блоки для считывания и блоки для ввода соединены с вычислительным блоком. Изобретение также относится к газовой и паровой турбинам с использованием способа и устройства согласно изобретению. Такие изобретения позволят повысить эксплуатационную гибкость генерирующей ток установки с турбоагрегатом. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом, содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, отличающийся тем, что
задают заданное значение мощности (Р₁),
задают будущий целевой момент времени (t₁), в который турбоагрегат (30) должен иметь заданное значение мощности (Р₁),
осуществляют с помощью заданного значения мощности (P₁) и целевого момента времени (t₁) вычисление кривой (22) мощности в зависимости от времени автоматически, соответственно, с помощью компьютера, при этом кривую (22) мощности определяют так, что она способствует увеличению срока службы генератора и турбины, и
управляют турбоагрегатом (30), исходя из действительной мощности (Р₀) в действительное время (t₀), вдоль кривой (22) мощности так, что заданное значение мощности (P₁) достигается в заданный целевой момент времени (t₁).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кривую (22) мощности вычисляют с учетом кривой (40) максимальной мощности, которая характеризуется максимально допустимым градиентом мощности, и кривой (44) минимальной мощности, которая характеризуется минимальным градиентом мощности.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что его применяют в турбоагрегате (30) паровой турбины.

4. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что его применяют в турбоагрегате (30) газовой турбины.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что кривую (22) мощности выбирают так, что удерживается возможно меньший выброс NO_x газовой турбины.

6. Устройство для повышения эксплуатационной гибкости генерирующей ток установки с турбоагрегатом (30), содержащим турбину и соединенный с турбиной электрический генератор, содержащее блок (12) для ввода заданного значения мощности (Р₁) и блок (14) для ввода целевого момента времени (t₁), а также блок (10) для считывания действительной мощности (Р₀) и блок (16) для считывания действительного времени (t₀), при этом блоки (10, 16) для считывания и блоки (12, 14) для ввода соединены с вычислительным блоком (18) для автоматического вычисления кривой (22) мощности с помощью способа по любому из пп.1-5.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в вычислительном блоке (18) хранятся рабочие данные в виде характеристик.

8. Устройство по любому из пп.6 или 7, отличающееся тем, что вычислительный блок (18) для автоматического вычисления кривой (22) мощности выполнен с учетом рабочих данных.

9. Турбоагрегат (30) с газовой турбиной и устройством по любому из пп.6-8.

10. Турбоагрегат (30) с паровой турбиной и устройством по любому из пп.6-8.