[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Primärregelung für ein Netz, wobei einzelne
Kraftwerksblöcke im modifizierten Gleitdruckbetrieb (angedrosselten Turbineneinlassventile)
und reinem Gleitdruckbetrieb (voll geöffnete Turbineneinlassventile) Primärregelenergie
in das Netz einspeisen.
[0002] Zum störungsfreien Betrieb, aber auch im Fall des Abweichens vom Normalbetrieb eines
elektrischen Netzes sind an die an das Netz angeschlossenen Kraftwerke bestimmte Anforderungen
zu stellen.
Dies betrifft insbesondere die sogenannte Primärregelung innerhalb des Netzes, nach
der im Sekundenbereich durch die beteiligten Kraftwerke im Falle einer Störung (z.
B. Leistungseinbruch und damit verbundener Frequenzeinbruch) zur Herstellung des Normalbetriebs
Leistungsreserven aufgebracht und in das Netz eingespeist werden müssen.
[0003] Die genauen Anforderungen werden durch die DVG (Deutsche Verbundgesellschaft) geregelt
und sind auch unter dem Namen "Gridcode" bekannt. Danach hat eine in das Netz einspeisende
Erzeugereinheit mindestens 2 % seiner Nennleistung für die Primärregelung in einer
Zeitspanne von 30 s zusätzlich zu aktivieren. Diese Leistungssteigerungen sind linear
bereitzustellen.
[0004] Es ist bekannt, die Einlassventile einer Turbine in einer gedrosselten Stellung zu
halten, um bei entsprechenden Frequenzabweichungen durch sofortiges Öffnen der Einlassventile
die Dampfreserve des Dampferzeugers nutzen zu können, um der Frequenzabweichung entgegenzuwirken.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Fahrweise ist der enorme Wirkungsgradverlust durch
die Drosselwirkung an den Einlassventilen. Dieser fällt um so höher aus, je größer
die Nennleistung der Turbine ist.
[0005] Eine weitere bekannt Möglichkeit, Leistung in relativ kurzer Zeit zu mobilisieren,
ist die Methode des Kondensatstaus, meist in Kombination mit einem Anzapfdampfstopp.
Muss eine Frequenzabweichung korrigiert werden, wird der Kondensatstrom unterbrochen
sowie in den Anzapfleitungen der Turbine zu den Vorwärmern des Kondensats vorhandene
Klappen geschlossen.
[0006] Der so nicht benötigte Dampf für die Vorwärmung des Kondensats steht nunmehr einer
Leistungserhöhung der Turbine zur Verfügung.
[0007] Aus der DE 197 50 125 A1 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Primärregelung
eines Dampfkraftwerksblocks bekannt.
Danach werden die Energieinhalte ausgewählter Energiespeicher des Kraftwerksblocks
sowie die zeitliche Änderung der Energieinhalte fortwährend ermittelt. Gegebenenfalls
werden die Energiespeicher in ausgewählter Reihenfolge aktiviert. So werden durch
Änderung des zwischen Kondensatbehälter und Speisewasserbehälter fließenden Speisewasserstroms
der Eigenbedarf des Kraftwerks geändert. Durch Wassereinspritzung in den Hochdruck-
und Zwischenüberhitzerbereich wird zusätzlicher Dampf bereitgestellt. Ebenfalls aufgeführt
wird die Möglichkeit, durch Regelung des Kondensatstromes die Dampfentnahme der Vorwärmer
aus der Turbine zu beeinflussen.
[0008] Die DE 43 44 118 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und
Regelung der Dampfkraftwerksleistung unter Einsatz von Kondensatstopp. Es soll sichergestellt
werden, dass eine schnell aktivierbare Leistungsreserve zum Ausregeln eines Netzfrequenzeinbruchs
auch während des Ausregelns einer rampenförmigen Erhöhung des Leistungssollwertes
zur Verfügung steht. Das Verfahren arbeitet mit einem gesteuerten und nachgeregeltem
Einsatz der sogenannten Turbinenstellreserve und der durch Kondensatstopp einsetzbaren
Energie zur Leistungserhöhung nur zur Primärfrequenzstützung. Dabei wird durch Kondensatstopp
nur ein unbedingt nötiger Teil der Leistung, aufgebracht, genau der, welcher nicht
durch Auffahren der Turbinenregelventile aufgebracht wird.
[0009] Beide Schutzrechte beschreiben die Primärregelleistungsbereitstellung für nur einen
Kraftwerksblock.
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausgleich von Netzfrequenzeinbrüchen
anzugeben, welches es ermöglicht, die Netzanforderungen der Deutschen Verbundgesellschaft
einzuhalten, wobei die Kraftwerksblöcke mit minimalen Wirkungsgradverlusten betrieben
werden.
[0011] Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mehrere Kraftwerksblöcke eines Unternehmens
als Einheit zur Ausregelung von quasistationären Frequenzabweichungen von +/- 200
mHz für das Netz zusammengefasst aktiviert werden, wobei bei quasistationären Frequenzabweichungen
im Netz von + 40 bis - 40 mHz mit den durch Androsselung der Turbineneinlassventile
betriebenen Kraftwerksblöcke die quasistationäre Frequenzabweichung ausgeregelt wird,
ab einer quasistationären Frequenzabweichung im Netz von +/- 40 mHz bis +/- 200 mHz
die Kraftwerksblöcke mit reinem Gleitdruckbetrieb für die Bereitstellung der Primärregelleistung
eingesetzt werden.
[0012] Vorteilhafterweise wird die Leistung beim Eingreifen der Primärregelung in den mit
reinem Gleitdruckbetrieb gefahrenen Kraftwerksblöcken allein durch die Betriebsart
Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp bereitgestellt, ohne für die Primärregelung
zusätzlich Leistung vorzuhalten.
[0013] Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die bei Eingreifen der Primärregelung in den mit
reinem Gleitdruck betriebenen Kraftwerksblöcken durch die Betriebsart Kondensatstau
und/oder Anzapfdampfstopp erbrachte Primärregelleistung nach anlagenbedingter Aufhebung
der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp durch frequenzabhängige Inbetriebnahme
von ebenfalls in das Netz elektrische Energie einspeisende Pumpspeicherturbinen eines
Pumpspeicherkraftwerkes erbracht wird, wobei mit der Inbetriebnahme der Pumpspeicherturbinen
eine anteilmäßig höhere Leistung bereitgestellt wird, als zum Ausgleich der quasistationären
Frequenzabweichung notwendigen Leistung. Dieser höhere Leistungsanteil wird zum Durchführen
eines Refillvorganges an den mit reinen Gleitdruck betriebenen Kraftwerksblöcken in
der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp verwendet. Die Höhe des Leistungsanteils
zum Durchführen des Refillvorganges wird so groß gewählt, dass innerhalb von 15 min.
nach Erreichen der Sollfrequenz im Netz die Leistung der Primärregelung aus den in
der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp betriebenen Kraftwerksblöcken
erneut bereitgestellt wird.
[0014] Von der bisher üblichen Verfahrensweise, alle Kraftwerksblöcke eines Unternehmens
jeweils mit der Methode der gedrosselten Turbineneinlassventile für die kurzzeitige
Leistungsbereitstellung und für die weitere Leistungsanforderung den Kondensatstau/Anzapfdampfstopp
einzusetzen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die Kraftwerksblöcke eines Unternehmens
mit geringerem Arbeitsvermögen generell bei der Primärregelung im Bereich der Frequenzabweichung
im Netz von + 40 bis - 40 mHz einzusetzen, die Kraftwerksblöcke mit höherem Arbeitsvermögen
erst bei Frequenzabweichungen im Netz von +/- 40 bis +/- 200 mHz für die Primärleistungsregelung
zum Einsatz zu bringen. Der damit verbundene Vorteil ist um so höher, je mehr Kraftwerksblöcke
mit hohem Arbeitsvermögen von der Fahrweise mit angedrosselten Turbineneinlassventilen
befreit werden können.
Die Primärregelung wird an diesen Blöcken nunmehr ausschließlich über den Kondensatstau/Anzapfdampfstopp
realisiert, was zu keinen Wirkungsgradverlusten, wie sie durch die Androsselung der
Turbineneinlassventile gegeben sind, führt.
[0015] Bei Abfall der Frequenz zwischen - 40 bis - 200 mHz ist es erforderlich, den aktivierten
Kondensatstau und Anzapfdampfstopp auslegungsbedingt nach einer Zeit t
2 - t
1 von ca. 6 bis 8 min. aufzuheben und diese erbrachte Primärregelleistung durch eine
Erhöhung der Dampfkesselleistung, des an der Primärregelung beteiligten Blockes, zu
kompensieren. Damit die obere Kannlast des Blockes nicht überschritten bzw. erreicht
wird, was automatisch zu einer ungewollten Leistungsabsenkung führen würde, ist es
erforderlich, eine um den Primärregelleistungsbetrag reduzierte Leistung des Blockes
zum oberen Arbeitspunkt des Blockes einzustellen.
Für die Kesselregelung bedeutet dies, gleichzeitig eine Übersteuerung der Feuerungswärmeleistung
vorzugeben, damit der äquivalente Primärregelleistungsbetrag aus der Betriebsart Kondensatstopp
und/oder Anzapfdampfstau nach t
2 - t
1 von ca. 6 bis 8 min. kompensiert werden kann.
[0016] Die Nachteile der o. g. bisherigen Verfahrensweise bestanden in
- einer ständigen Leistungsvorhaltung für die Primärregelleistung,
- Inanspruchnahme in wenigen Fällen (geringe Arbeitsausnutzung),
- einer Übersteuerung der Feuerungswärmeleistung mit einer hohen Beanspruchung des Dampfkessels
sowie
- dem Ansprechen der Kannlast bei nicht ausreichender Vorhaltung der Dampfkesselleistung,
das zur Nichterfüllung der Anforderungen des Gridcodes führt.
[0017] Entsprechend dem Unteranspruch 3 wird eine erlöswirksame Nutzung der Vorhalteleistung
für Primärregelleistung an den Blöcken mit aktiviertem Kondensatstau und Anzapfdampfstopp
mittels einer gestaffelten frequenzabhängigen Inbetriebnahme von Pumpspeicherturbinen
erreicht. Damit wird die realisierte frequenzabhängige Übersteuerung der Brennstoffwärmeleistung
in der Betriebsart Kondensatstau und Anzapfdampfstopp vermieden und der fahrbare obere
Arbeitspunkt der Kraftwerksblöcke um den Betrag der Vorhalteleistung für Primärregelleistung
erhöht. Dies führt zu einer höheren elektrischen Leistungs- und Arbeitsausnutzung.
[0018] An einem Ausführungsbeispiel soll nachfolgend die Erfindung näher erläutert werden.
Dabei zeigen die
- Fig. 1 -
- eine schematische Darstellung des idealisierten Verlaufs der Primärregelleistungsbereitstellung
bei - 200 mHz Netzfrequenzabfall
- Fig. 2 -
- eine schematische Darstellung des Verlaufs der Netzfrequenz
- Fig. 3 -
- eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung der aus Kraftwerken gebildeten
Funktionseinheiten
[0019] Ein Unternehmen, welches elektrische Energie bereitstellt und in ein Netz einspeist,
hat verschiedene Kraftwerksblöcke (Kohlekraftwerke, Pumpspeicher-Kraftwerke) zur Verfügung.
Diese werden zu Funktionseinheiten zusammengefasst.
[0020] Die mit
- DR bezeichneten Funktionseinheiten beteiligen sich an der Primärregelleistungsbereitstellung
mittels Androsselung der Turbineneinlassventile,
- KA bezeichneten Funktionseinheiten beteiligen sich an der Primärregelleistungsbereitstellung
mittels Kondensatstau/Anzapfdampfstopp,
- PS bezeichneten Funktionseinheiten beteiligen sich an der Primärregelleistungsbereitstellung
durch Leistung aus einem oder mehreren Pumpspeicherwerken.
[0021] Die Betriebsarten der Funktionseinheiten (Kraftwerksblöcke) DR (1) bis DR (n); KA
(1) bis KA (m) und PS (1) bis PS (p) sind gemäß Figur 3 geschaltet, so dass sie sich
an der Netzfrequenzregelung (Primärregelung) beteiligen.
[0022] Die Variablen n, m und p bezeichnen dabei eine Anzahl der jeweiligen Funktionseinheiten.
Dabei arbeiten die Funktionseinheiten DR (1) bis DR (n) mit einer eingesenkten Leistung,
welche dem Äquivalent von - 40 mHz entspricht. Dies geschieht bei den Kohlekraftwerken
durch entsprechende Androsselung der Turbineneinlassventile.
Die Funktionseinheiten KA (1) bis KA (m), also Kohlekraftwerke, welche im reinen Gleitdruckbetrieb
gefahren werden, arbeiten im Nennleistungsbereich ohne Leistungsvorbehalt, aber mit
einem wirksamen Frequenzregelanteil von - 40 mHz bis - 200 mHz und einem aktivierbaren
Leistungsanteil durch die Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp, welcher
dem Äquivalent von - 40 mHz bis - 200 mHz entspricht.
Die Funktionseinheiten PS (1) bis PS (p) befinden sich in Summe mit einer Vorhalteleistung
in frequenz- und zeitabhängiger Reservestellung, welcher dem aktivierbaren Leistungsanteil
der Funktionseinheiten KA (1) bis KA (m), also dem Äquivalent von - 40 mHz bis - 200
mHz, entspricht.
[0023] Aufgrund einer Störung kommt es zum Zeitpunkt t
0 = 0 s zu einer sprungförmigen Netzfrequenzeinsenkung von 200 mHz (Fig. 1).
Die Funktionseinheiten DR (1) bis DR (n), KA (1) bis KA (m) und PS (1) bis PS (p)
werden als Einheit zur Ausregelung diese quasistationären Frequenzabweichung zusammengefasst
aktiviert, wobei bei Frequenzabweichungen im Netz von 0 bis - 40 mHz mit den durch
Androsselung der Turbineneinlassventile betriebenen Kraftwerksblöcke DR (1) bis DR
(n) die quasistationäre Frequenzabweichung ausgeregelt wird, ab einer quasistationären
Frequenzabweichung im Netz von - 40 mHz bis - 200 mHz die Kraftwerksblöcke KA (1)
bis KA (m) mit reinem Gleitdruck für die Primärregelleistungsbereitstellung eingesetzt
werden. Die Regelungen der Funktionseinheiten DR (1) bis DR (n) reagieren derart,
dass durch Aufhebung der Androsselung der Turbineneinlassventile und Nutzung des Speichervermögens
des Wasser-Dampf-Systems bis zum Wirksamwerden des vergrößerten virtuellen Dampfstromes
durch von den Regelungen veranlasste Erhöhung der Feuerleistung des betreffenden Kohlekraftwerksblöcke
im Zeitintervall t
5 - t
0 eine Leistungssumme

gemäß der dynamischen Anforderung des Gridcodes aktiviert wird (Kurve 1 in Figur
2).
[0024] Die Leistung bei Inanspruchnahme der Primärregelung in den mit reinem Gleitdruckbetrieb
gefahrenen Kraftwerksblöcken wird durch die Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp,
ohne für die Primärregelleistungsbereitstellung Leistung zusätzlich vorzuhalten, bereitgestellt.
D. h., die Regelungen der Funktionseinheiten KA (1) bis KA (m) reagieren derart, dass
durch Einleiten der Betriebsart Kondensatstopp und/oder Anzapfstau ohne Erhöhung der
Feuerleistung im Zeitintervall t
2 - t
0 eine Leistungssumme

gemäß der dynamischen Anforderung des Gridcodes aktiviert wird (Kurve 2 in Figur
2).
[0025] Die Leistungsbereitstellung wird dabei durch die Erhöhung des Dampfdurchsatzes durch
die Turbine aufgrund der Unterbrechung des Anzapfmassenstromes zur Kondensatvorwärmung
(Anzapfdampfstopp) sowie der Nutzung des Energieeinhaltes des Speisewasserbehälters
(Kondensatstau) zeitbegrenzt (Kurve 3 in Figur 2).
[0026] Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal wird nach anlagenbedingter Aufhebung
der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp zum Zeitpunkt t
2 durch eine frequenzabhängige Inbetriebnahme von ebenfalls in das Netz elektrische
Energie einspeisende Pumpspeicherturbinen eines Pumpspeicherkraftwerkes Leistung erbracht
(Kurve 3 in Figur 2). Weiterhin wird mit der Inbetriebnahme der Pumpspeicherturbinen
im Zeitintervall t
6 - t
3 eine anteilmäßig höhere Leistung bereitgestellt als zum Ausgleich der quasistationären
Frequenzabweichung notwendigen Leistung, wobei der höhere Leistungsanteil zum Durchführen
eines Refillvorganges an den mit reinem Gleitdruckbetrieb gefahrenen Kraftwerksblöcken
in der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp verwendet wird. Das Verfahren
ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der höhere Leistungsanteil zum Durchführen des
Refillvorganges so groß gewählt wird, dass im Zeitintervall t
6 - t
5 kleiner/gleich 15 min. nach Erreichen der Sollfrequenz im Netz die Primärregelleistung
aus den mit Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp betriebenen Kraftwerksblöcken
erneut bereitgestellt wird.
[0027] Deshalb arbeiten die Regelungen der Funktionseinheiten KA(1) bis KA(m) derart, dass
nach einer definierten Zeit t
2 ab Einleitung der Betriebsart Kondensatstopp und/oder Anzapfstau eine Deaktivierung
dieser Maßnahme erfolgt und die Leistung bis zum Zeitpunkt t
3 auf den Ausgangswert zurückgeführt wird (Kurve 2 in Figur 2).
[0028] Der danach erforderliche und automatisch eingeleitete Refillprozess der Funktionseinheiten
KA(1) bis KA(m) zum Wiederaufladen des Energieinhaltes des Speisewasserbehälters auf
den Ausgangszustand ohne Erhöhung der Feuerleistung führt ab dem Zeitpunkt t
3 zu einer Leistungsreduktion

[0029] Durch die frequenzabhängige Steuerung der Funktionseinheiten PS (1) bis PS (p) wird
zum definierten Zeitpunkt t
2 nach Eintritt der netzseitigen Störung Pumpspeicherleistung

derart aktiviert, dass äquivalent zur Leistungsreduktion der Funktionseinheiten KA
(1) bis KA (m) durch die Rücknahme der Betriebsart Kondensatstopp und/der Anzapfstau
zum Zeitpunkt t
2
eine Leistungserhöhung von äquivalent - 40mHz bis - 200 mHz erfolgt, zuzüglich einer
anteilsmäßig höheren Leistung, der ab dem Zeitpunkt t
3 dem Betrag der Leistungsreduktion der Funktionseinheiten KA(1) bis KA(m) durch Einleitung
des Refillprozesses entspricht:

[0030] Die Funktionseinheiten KA (1) bis KA (m) werden in Kombination mit den Funktionseinheiten
PS (1) bis PS (p) den Anforderungen des Gridcodes gerecht.
[0031] Es bedeuten:
- t0
- Zeitpunkt des sprungförmigen Frequenzabfalls
- t1 - t0
- Zeitintervall der Primärregelleistungsaktivierung
- t2 - t0
- technisch mögliches Zeitintervall für die Leistungsbereitstellung durch Kondensatstau/Anzapfdampfstopp
gemäß Forderung des Gridcodes
- t2
- Zeitpunkt der Rücknahme der Leistungsbereitstellung durch Kondensatstau/Anzapfdampfstopp
sowie Beginn der Leistungsaktivierung durch die Funktionseinheiten PS
- t3
- Beginn des Refillprozesses
- t4
- Beginn der frequenzabhängigen Reduzierung der aktivierten Primärregelleistung
- t5
- Ende der frequenzabhängigen Reduzierung der aktivierten Primärregelleistung
- t6 - t3
- Zeitintervall der Leistungsbereitstellung der Funktionseinheiten PS für den Refillprozess
- t6
- Ende des Refillprozesses
1. Verfahren zur Primärregelung für ein Netz, wobei einzelne Kraftwerksblöcke im modifizierten
Gleitdruckbetrieb (angedrosselten Turbineneinlassventile) oder reinem Gleitdruckbetrieb
(voll geöffnete Turbineneinlassventile) Primärregelleistung in das Netz einspeisen,
gekennzeichnet dadurch,
dass mehrere Kraftwerksblöcke eines Unternehmens als Einheit zur Ausregelung von quasistationären
Frequenzabweichungen von +/- 200 mHz für das Netz zusammengefasst aktiviert werden,
wobei bei quasistationären Frequenzabweichungen im Netz von + 40 bis - 40 mHz mit
den durch Androsselung der Turbineneinlassventile betriebenen Kraftwerksblöcke die
quasistationäre Frequenzabweichung ausgeregelt wird, ab einer quasistationären Frequenzabweichung
im Netz von +/- 40 mHz bis +/- 200 mHz die Kraftwerksblöcke mit reinem Gleitdruckbetrieb
für die Bereitstellung der Primärregelleistung eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Leistung bei Inanspruchnahme der Primärregelung in den mit reinem Gleitdruckbetrieb
gefahrenen Kraftwerksblöcken durch die Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp,
ohne für die Primärregelung Leistung vorzuhalten, bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die bei Eingreifen der Primärregelung in den mit reinem Gleitdruck betriebenen Kraftwerksblöcken
durch die Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp erbrachte Leistung für
die Primärregelleistung nach einer anlagenbedingten Aufhebung dieser Betriebsart durch
eine frequenzabhängige Inbetriebnahme von ebenfalls in das Netz elektrische Energie
einspeisende Pumpspeicherturbinen eines Pumpspeicherkraftwerkes erbracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass mit der Inbetriebnahme der Pumpspeicherturbinen eine anteilmäßig höhere Leistung
bereitgestellt wird als zum Ausgleich der quasistationären Frequenzabweichung notwendigen
Leistung, wobei der höhere Leistungsanteil zum Durchführen eines Refillvorganges an
den mit reinem Gleitdruckbetrieb gefahrenen Kraftwerksblöcken in der Betriebsart Kondensatstau
und/oder Anzapfdampfstopp verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass der höhere Leistungsanteil zum Durchführen des Refillvorganges so groß gewählt wird,
dass innerhalb von 15 min. nach Erreichen der Sollfrequenz im Netz die Leistung der
Primärregelung aus den in der Betriebsart Kondensatstau und/oder Anzapfdampfstopp
betriebenen Kraftwerksblöcken erneut bereitgestellt wird.