A gázturbina teljesítménye: hőfogyasztás, teljesítmény és helyszíni körülmények

A gázturbina névleges teljesítménye csupán kiindulópont egy projekt értékeléséhez. Hasznosabb összehasonlítási alap, hogy az erőmű a megadott helyszíni körülmények között mekkora nettó villamos energiát képes előállítani, ehhez mennyi tüzelőanyagot fogyaszt, és várható üzemi tartományában képes-e fenntartani ezt a teljesítményt. Egy nagyobb névtáblán szereplő teljesítményű gép forró napokon a vártnál kevesebb hasznos teljesítményt adhat le, vagy teljes terhelés alatti üzemben több tüzelőanyagot fogyaszthat.

A hőfogyasztást, a villamos teljesítményt és a helyszíni körülményeket ezért együtt kell értékelni. Mindegyik adat meghatározott határokon és feltételezéseken alapul, és ezeknek az összehasonlítható ajánlatok esetében egyezniük kell.

Mit árul el a hőfogyasztás a tüzelőanyag-fogyasztásról?

A hőfogyasztás azt fejezi ki, hogy a megtermelt villamos energia egységére vetítve mennyi tüzelőanyag-energiát juttatnak az erőműbe. Mértékegysége általában kJ/kWh vagy Btu/kWh. Az alacsonyabb hőfogyasztás azt jelenti, hogy a megadott körülmények között ugyanakkora villamos teljesítmény előállításához kevesebb tüzelőanyag-energia szükséges.

A hőfogyasztás és a hatásfok közötti kapcsolat közvetlen, ha mindkettőt ugyanazon energiaalap és erőművi határ alapján határozzák meg. kJ/kWh alapú hőfogyasztás esetén a villamos hatásfok 3 600 osztva a hőfogyasztással. Ez a számítás csak akkor használható, ha az adatok azonos tüzelőanyag-bevitelt és ugyanazt a villamosenergia-mérési pontot írják le.

Két különbség gyakran jelentősen befolyásolja az összehasonlítást:

• Bruttó és nettó teljesítmény: A bruttó teljesítményt a generátor kapcsainál mérik. A nettó teljesítményből levonják az egyeztetett erőművi határon belüli segédüzemi fogyasztást. A nettó hőfogyasztás általában magasabb a bruttónál, mivel a nevezőben kisebb nettó teljesítmény szerepel.
• Alsó és felső fűtőérték: Az alsó fűtőérték (LHV) nem tartalmazza az égéstermékek víztartalmának kondenzálásával visszanyerhető hőt; a felső fűtőérték (HHV) igen. Azonos tüzelőanyag-áram és villamos teljesítmény esetén a HHV-alapú hőfogyasztás magasabb. Ha átszámítás nélkül hasonlítanak össze egy LHV- és egy HHV-adatot, az egyik ajánlat a valóságosnál hatékonyabbnak tűnhet.

Azt is ellenőrizze, hogy a megadott érték csak a gázturbinára vagy a teljes erőműre vonatkozik-e. A kombinált ciklusú erőmű a turbina kipufogógázának hőjét további villamos energia előállítására használja fel, ezért az erőmű hőfogyasztása nem hasonlítható közvetlenül egy egyszerű ciklusú egységéhez.

A névleges teljesítmény nem feltétlenül egyezik a helyszínen elérhető teljesítménnyel

A gyártók jellemzően meghatározott referenciafeltételek mellett adják meg a teljesítményadatokat. Ezek az értékek alkalmasak az előzetes szűrésre, de nem helyettesítik a helyszínre szabott teljesítményszámítást. A projekt helyszínén rendelkezésre álló teljesítményt egyaránt befolyásolja a belépő levegő állapota, a nyomásveszteség, a tüzelőanyag tulajdonságai és az üzemi korlátok.

A villamosenergia-ellátási kötelezettség esetén a szükséges teljesítményt azon a ponton kell meghatározni, ahol a villamos energiát átadják, nem csupán a generátor kapcsainál. A különbségbe beletartozhatnak az erőmű segédüzemi fogyasztói, a transzformátorveszteségek és az egyeztetett határon belüli egyéb terhelések. Az ajánlatnak egyértelműen meg kell jelölnie, hogy ezek közül melyek szerepelnek a számításban, és melyek esnek azon kívül.

Az üzemi munkapont is számít. Ha az erőművet az éves átlaghőmérsékletre méretezik, melegebb időben, amikor a kereslet a legnagyobb, előfordulhat, hogy nem tudja teljesíteni az elvárt teljesítményt. Ha viszont kizárólag a legszélsőségesebb körülményekre méretezik, a berendezés élettartamának jelentős részében nem hatékony részterhelési ponton üzemelhet. A döntés a szükséges kapacitástól, a teljesítményhiány következményeitől és az egyes terheléseken várható üzemóráktól függ.

Hogyan befolyásolják a helyszíni körülmények a gázturbina teljesítményét?

Környezeti hőmérséklet és tengerszint feletti magasság

A belépő levegő hőmérsékletének emelkedésével általában csökken a levegő sűrűsége. A kompresszor így adott térfogatáram mellett kisebb légtömeget vesz fel, ami rendszerint csökkenti a rendelkezésre álló turbinateljesítményt. A hőfogyasztás is romolhat, bár ennek mértéke a géptől és a szabályozásától függ. A nagy tengerszint feletti magasság az alacsonyabb légköri nyomás miatt hasonló hatással jár: a kisebb sűrűségű belépő levegő általában kisebb tömegáramot és alacsonyabb rendelkezésre álló teljesítményt jelent.

A teljesítményt a helyszín hőmérsékleti profilja alapján értékelje, ne egyetlen névleges környezeti hőmérsékletre támaszkodjon. Gyakran azok az esetek a meghatározók, amikor a szerződés szerint teljesíteni kell a kapacitást, illetve amikor a legtöbb tüzelőanyag fogy. Ezek eltérhetnek egymástól.

Belépő- és kipufogóoldali nyomásveszteségek

A légszűrők, hangtompítók, csatornák és a belépőlevegő-hűtő berendezések nyomásveszteséget okoznak, mielőtt a levegő elérné a kompresszort. A kipufogóoldalon a hangtompítók, a csatornák és a hőhasznosító berendezések ellennyomást hoznak létre. Mindkettő csökkentheti a teljesítményt és befolyásolhatja a hőfogyasztást.

A veszteségeket reális üzemi körülmények között kell értékelni, figyelembe véve a szűrő elszennyeződését és a tervezett kipufogórendszer kialakítását. A tiszta, kis nyomásveszteségű belépőlevegőre alapozott teljesítményszámítás nem feltétlenül tükrözi a szűrőcsere határértékéhez közeli üzemet. Ugyanígy nem feltételezhető, hogy egy egyszerű kipufogó-kéménnyel értékelt turbina teljesítménye változatlan marad, ha hőhasznosító berendezéshez csatlakoztatják.

Páratartalom, tüzelőanyag és hűtővíz

A páratartalom befolyásolhatja a belépő levegő tulajdonságait és a párologtatásos hűtőrendszerek teljesítményét. A tüzelőanyag összetétele és fűtőértéke hatással van a tüzelőanyag-áramra, az égésre és az emissziószabályozásra; az eltérések az üzemi korlátokat is befolyásolhatják. A teljesítményszámításban használt tüzelőanyag-specifikációnak a várható ellátást kell tükröznie, beleértve a megengedett tartományt, nem csupán a névleges összetételt.

A kombinált ciklusú projektek esetében a hűtővíz hőmérséklete és rendelkezésre állása befolyásolhatja a gőzciklust, ezáltal az erőmű teljes teljesítményét. A gázturbina önálló értékelése nem veszi figyelembe ezt a hatást.

A teljes terhelés melletti hatásfok csak az üzemeltetési költség egyik tényezője

A teljes terhelés melletti hőfogyasztás hasznos adat, ha egy egység hosszú ideig névleges kapacitása közelében üzemel. A keresletet követő erőművek esetében azonban a részterhelési teljesítmény lehet meghatározóbb. A teljesítmény változásával a szabályozási beállítások és a segédüzemi fogyasztók energiaigénye miatt a nettó hőfogyasztás is változhat. A teljes terhelésen jobb értéket mutató egység nem feltétlenül fogyaszt kevesebb tüzelőanyagot egy év alatt.

Kérjen teljesítménygörbét a tervezett terhelési tartományra, és vesse össze az egyes munkapontokon várható üzemórákkal. A tüzelőanyag-fogyasztás és a rendelkezésre állás szempontjából jelentős esetekben vegye figyelembe az indításokat, a leállásokat és a minimális terhelésen töltött időszakokat is. Így az éves tüzelőanyag-fogyasztás pontosabban becsülhető meg, mint egyetlen hőfogyasztási érték és az éves energiatermelés szorzatával.

A belépőlevegő hűtése hasonló kompromisszumokkal jár. A kompresszor belépőlevegő-hőmérsékletének csökkentésével meleg időben részben visszanyerhető a teljesítmény, de figyelembe kell venni a berendezés költségét, a segédüzemi fogyasztást, a nyomásveszteséget és egyes rendszereknél a vízfelhasználást is. Az értéke attól függ, milyen gyakran van szükség nagy hőmérséklet melletti többletkapacitásra, és az ebből származó nettó teljesítménynövekedés indokolja-e ezeket a költségeket.

Az ajánlatok összehasonlítása előtt határozza meg a teljesítmény és a vizsgálat határait

A megalapozott műszaki értékelés minden ajánlattevőre azonos feltételeket vesz alapul. Kérjen garantált teljesítmény- és hőfogyasztási adatokat a meghatározott helyszíni körülményekre, valamint görbéket, amelyek bemutatják, hogyan változik a teljesítmény a hőmérséklet és a terhelés függvényében. Az ajánlatban az alábbiakat egyértelműen meg kell adni:

• A villamosenergia-mérés helye, a figyelembe vett segédüzemi fogyasztók, valamint hogy az adat bruttó vagy nettó alapon értendő-e.
• A tüzelőanyag összetétele, a fűtőérték alapja és a várható tüzelőanyag-ellátási körülmények.
• A környezeti hőmérséklet, nyomás és páratartalom, valamint a feltételezett belépő- és kipufogóoldali veszteségek.
• Az erőmű konfigurációja, beleértve a hőhasznosítást, a belépőlevegő hűtését és az emissziószabályozó berendezéseket.
• Az egyes adatokhoz tartozó üzemi feltételek, például a terhelés, a berendezés konfigurációja és a vonatkozó hűtési körülmények.
• A teljesítményvizsgálat módszere, a műszerek, a korrekciós eljárások, a mérési bizonytalanság és a vizsgálati körülményektől való eltérések kezelése.

A vonatkozó vizsgálati szabványokat és szerződéses követelményeket egységesen kell meghatározni az ajánlatkérésben, és a garanciák véglegesítése előtt meg kell állapodni róluk. A korrekciós görbék különösen fontosak, ha a vizsgálat nem végezhető el pontosan a garanciális feltételek mellett: ezek határozzák meg, hogyan kell a mért eredményeket az egyeztetett alapra átszámítani.

Egy teljes erőmű esetében ezek a határok a berendezésszállítók, valamint a tervezésért, kivitelezésért és üzembe helyezésért felelős felek közötti kapcsolódási pontokat is érintik. A SINO-QNPEPC-szolgáltatásokat kínál erőművi projektekhez, beleértve a mérnöki szolgáltatásokat, a segédrendszereket és az üzembe helyezést. Ilyen munkaterjedelem esetén a következő hasznos lépés a turbina teljesítményére vonatkozó feltételezések összehangolása a tényleges erőmű-elrendezéssel, valamint annak meghatározása, hogy ki felel az egyes veszteségekért és segédüzemi fogyasztókért.

A legjobb ajánlat nem feltétlenül az, amelyik a legalacsonyabb névleges hőfogyasztást vagy a legnagyobb névleges teljesítményt kínálja. Hanem az, amelyik a vonatkozó helyszíni körülmények között teljesíti az elvárt nettó kapacitást, hiteles tüzelőanyag-fogyasztási profilt ad a tervezett üzemmenet teljes tartományára, és a teljesítményt mérhető feltételek alapján határozza meg.