Gasturbinens ydeevne forklaret: varmeforbrug, effekt og forholdene på stedet

En gasturbines mærkeeffekt er kun et udgangspunkt for vurderingen af et projekt. En mere relevant sammenligning er, hvor meget nettoelektricitet anlægget kan levere under de krævede forhold på stedet, hvor meget brændstof det bruger for at gøre det, og om det kan opretholde denne ydelse inden for det forventede driftsområde. En maskine med en højere mærkeeffekt kan levere mindre brugbar effekt end forventet på en varm dag eller bruge mere brændstof ved drift under fuld belastning.

Varmeforbrug, elektrisk effekt og forholdene på stedet skal derfor vurderes samlet. Hvert tal afhænger af et defineret sæt grænser og forudsætninger, og disse forudsætninger skal være ens, før konkurrerende tilbud kan sammenlignes.

Hvad varmeforbruget fortæller om brændstofforbruget

Varmeforbrug angiver den brændselsenergi, der tilføres et anlæg for hver produceret enhed elektrisk energi. Det angives almindeligvis i kJ/kWh eller Btu/kWh. Et lavere varmeforbrug betyder, at der kræves mindre brændselsenergi for at producere den samme elektriske effekt under de angivne forhold.

Sammenhængen mellem varmeforbrug og virkningsgrad er direkte, når begge beregnes på samme energigrundlag og med samme anlægsgrænse. Målt i kJ/kWh er den elektriske virkningsgrad lig med 3.600 divideret med varmeforbruget. Beregningen er kun nyttig, hvis tallene beskriver det samme brændselsinput og det samme målepunkt for den elektriske effekt.

To skel er ofte afgørende for sammenligningen:

• Brutto- versus nettoeffekt: Bruttoeffekt måles ved generatorens klemmer. Nettoeffekt fratrækker den elektriske effekt, som hjælpeudstyr forbruger inden for den aftalte anlægsgrænse. Et netto-varmeforbrug er normalt højere end et brutto-varmeforbrug, fordi det beregnes ud fra den lavere nettoeffekt.
• Nedre versus øvre brændværdi: Den nedre brændværdi (LHV) medregner ikke den varme, der kan genvindes ved kondensering af vand i forbrændingsprodukterne, mens den øvre brændværdi (HHV) medregner den. Ved samme brændselsflow og elektriske effekt vil et varmeforbrug baseret på HHV være højere. Hvis en LHV-værdi sammenlignes med en HHV-værdi uden omregning, kan det få et tilbud til at fremstå mere effektivt, end det er.

Kontrollér også, om den oplyste værdi gælder gasturbinen alene eller hele anlægget. I et kombikraftværk udnyttes turbinens udstødningsvarme til at producere ekstra effekt, så anlæggets varmeforbrug kan ikke sammenlignes direkte med varmeforbruget for en enhed med enkeltcyklus.

Mærkeeffekt er ikke nødvendigvis den effekt, der kan leveres på stedet

Producenter offentliggør almindeligvis ydelsesdata ved angivne referenceforhold. Disse værdier er nyttige til en indledende vurdering, men erstatter ikke en ydelsesberegning for det konkrete sted. Forholdene for indsugningsluften, tryktab, brændselsegenskaber og driftsgrænser påvirker alle den tilgængelige effekt på projektstedet.

Ved en forpligtelse til elforsyning skal den krævede effekt defineres ved leveringspunktet, ikke kun ved generatorens klemmer. Forskellen kan omfatte anlæggets hjælpeforbrug, transformatortab og andre belastninger inden for den aftalte grænse. Et tilbud bør angive, hvilke af disse der er medregnet, og hvilke der ligger uden for beregningen.

Det relevante driftspunkt har også betydning. Et anlæg, der er dimensioneret efter den gennemsnitlige årstemperatur, kan komme til kort, når efterspørgslen topper i varmt vejr. Omvendt kan dimensionering udelukkende efter de mest ekstreme forhold føre til, at udstyret tilbringer en stor del af sin levetid ved et ineffektivt dellastpunkt. Beslutningen afhænger af den krævede kapacitet, konsekvenserne af et underskud og det forventede antal driftstimer ved hver belastning.

Sådan påvirker forholdene på stedet gasturbinens ydelse

Omgivelsestemperatur og højde over havet

Når indsugningsluftens temperatur stiger, falder luftens densitet generelt. Kompressoren indsuger dermed mindre luftmasse ved samme volumetriske flow, hvilket normalt reducerer den tilgængelige turbineeffekt. Varmeforbruget kan også blive dårligere, men omfanget afhænger af maskinen og dens styring. Stor højde over havet har en lignende virkning på grund af det lavere atmosfæriske tryk: mindre tæt indsugningsluft betyder generelt mindre masseflow og lavere tilgængelig effekt.

Vurdér effekten i forhold til temperaturprofilen på stedet frem for én nominel omgivelsestemperatur. De vigtigste forhold er ofte dem, hvor kapaciteten er kontraktligt påkrævet, og dem, hvor det meste af brændstoffet vil blive forbrugt. De kan være forskellige.

Tryktab i indsugning og udstødning

Luftfiltre, lyddæmpere, kanalsystemer og indsugningskøling medfører tryktab, før luften når kompressoren. På udstødningssiden øger lyddæmpere, kanalsystemer og varmegenvindingsudstyr modtrykket. Begge dele kan reducere effekten og påvirke varmeforbruget.

Tryktab bør vurderes under realistiske driftsforhold, herunder virkningen af tilsmudsede filtre og den planlagte udstødningsløsning. En ydelsesberegning baseret på et rent indsugningssystem med lavt tryktab afspejler muligvis ikke driften tæt på grænsen for filterskift. Tilsvarende kan en turbine, der er vurderet med en enkel udstødningsskorsten, ikke forventes at opretholde samme effekt, når den tilsluttes varmegenvindingsudstyr.

Luftfugtighed, brændstof og kølevand

Luftfugtighed kan påvirke indsugningsluftens egenskaber og ydelsen af fordampningskølesystemer. Brændslets sammensætning og brændværdi påvirker brændselsflow, forbrændingsforhold og emissionskontrol; variationer kan også påvirke driftsgrænserne. Brændselsspecifikationen i ydelsesberegningen bør afspejle den forventede forsyning, herunder det tilladte variationsområde og ikke kun en nominel sammensætning.

I kombikraftprojekter kan kølevandets temperatur og tilgængelighed påvirke dampturbinekredsløbet og dermed anlæggets samlede effekt. En vurdering af gasturbinen alene indfanger ikke denne virkning.

Virkningsgrad ved fuld belastning er kun en del af driftsomkostningerne

Et varmeforbrug ved fuld belastning er værdifuldt, når en enhed kører tæt på sin mærkekapacitet i længere perioder. For anlæg, der tilpasser sig efterspørgslen, kan dellastydelsen dog have større betydning. Når effekten ændres, kan styringsindstillinger og hjælpeudstyrets energiforbrug medføre ændringer i netto-varmeforbruget. En enhed med en bedre værdi ved fuld belastning bruger ikke nødvendigvis mindre brændstof på et år.

Bed om en ydelseskurve for hele det planlagte belastningsområde, og sammenhold den med det forventede antal driftstimer ved hvert punkt. Medtag starter, nedlukninger og perioder med minimumsbelastning, hvis de har væsentlig betydning for brændstofforbrug og tilgængelighed. Det giver et mere nyttigt brændstofestimat end at gange ét enkelt varmeforbrug med den årlige elproduktion.

Indsugningskøling indebærer en beslægtet afvejning. Den kan genvinde noget effekt under varme forhold ved at sænke temperaturen på kompressorens indsugningsluft, men udstyrsomkostninger, hjælpeforbrug, tryktab og i visse systemer vandforbrug har alle betydning. Værdien afhænger af, hvor ofte der er behov for kapacitet ved høje temperaturer, og om den ekstra nettoeffekt står mål med omkostningerne.

Fastlæg ydelses- og testgrænser, før tilbud sammenlignes

En solid teknisk evaluering begynder med et fælles sæt betingelser for alle tilbudsgivere. Bed om garanteret effekt og varmeforbrug ved de definerede forhold på stedet samt kurver, der viser, hvordan ydelsen ændres med temperatur og belastning. Tilbuddet bør udtrykkeligt angive følgende:

• Målepunktet for den elektriske effekt, medregnede hjælpebelastninger samt om grundlaget er brutto eller netto.
• Brændslets sammensætning, grundlaget for brændværdien og de forventede forsyningsforhold for brændstof.
• Omgivelsestemperatur, tryk, luftfugtighed samt forudsatte tryktab i indsugning og udstødning.
• Anlægskonfigurationen, herunder eventuel varmegenvinding, indsugningskøling eller emissionskontroludstyr.
• Driftsforholdene for hver værdi, såsom belastning, udstyrskonfiguration og relevante køleforhold.
• Metoden til ydelsestest, instrumentering, korrektionsprocedurer, måleusikkerhed og håndtering af afvigelser fra testforholdene.

Gældende teststandarder og kontraktkrav bør angives ensartet i forespørgslen og aftales, før garantierne fastlægges endeligt. Korrektionskurver er særligt vigtige, når testen ikke kan udføres præcist under garantiforholdene: De fastlægger, hvordan de målte resultater omregnes til det aftalte grundlag.

For et komplet kraftværk påvirker disse grænser også grænsefladerne mellem udstyrsleverandører og de parter, der er ansvarlige for projektering, opførelse og idriftsættelse. SINO-QNP tilbyderEPC-ydelser til kraftværksprojekter, herunder projektering, hjælpesystemer og idriftsættelse. For et sådant omfang er det nyttige næste skridt at afstemme forudsætningerne for turbinens ydelse med det faktiske anlægslayout og fastlægge, hvem der er ansvarlig for hvert enkelt tab og hjælpeforbrug.

Det bedste tilbud er ikke blot det med det laveste angivne varmeforbrug eller den højeste mærkeeffekt. Det er det tilbud, der opfylder den krævede nettokapacitet under de relevante forhold på stedet, giver en troværdig profil for brændstofforbruget ved den planlagte drift og definerer ydelsen på en måde, der kan testes.