Hogyan méretezzünk földgázturbinás generátort változó terhelési profilhoz

A földgáztüzelésű turbógenerátort az időbeli terhelési profil alapján méretezze, ne egyetlen mérőn rögzített legnagyobb igény alapján. A kizárólag csúcsteljesítményre (kW) kiválasztott egység üzemidejének nagy részében kedvezőtlen terhelési ponton működhet, a vártnál több tüzelőanyagot fogyaszthat, vagy egy nagy motor indításakor nem rendelkezhet elegendő forgó tartalékkal. Ezzel szemben a túlzottan nagy beépített kapacitás kedvezőtlen részterheléses üzemet és szükségtelen tőkekitettséget okozhat.

Éves fogyasztási összesítő helyett kezdjen intervallumadatokkal. Gyűjtse össze a villamos teljesítményigényt a lehető legrövidebb gyakorlati időközökben, a jellemző termelési állapotokra kiterjedően: normál üzem, műszakváltások, kötegváltások, szezonális szélsőségek, tervezett karbantartás és üzemzavar utáni helyreállítás. Az így kapott profilnak meg kell mutatnia az alapterhelést, az ismétlődő csúcsokat, a csúcsok időtartamát, a felfutási sebességet, valamint az indítások és leállások gyakoriságát. Ezek a jellemzők határozzák meg, hogy egy turbógenerátor-egység, több kisebb egység vagy egy másik rugalmas eszközzel kombinált turbina a jobb megoldás.

Válassza szét az eltérően viselkedő terhelési összetevőket

Egy változó ipari terhelésnek ritkán van egyetlen oka. A folyamatos segédberendezések, folyamati fűtők, szivattyúk, kompresszorok, világítás és vezérlőrendszerek viszonylag állandó alapterhelést hoznak létre. A nagy motorok, aprítók, hűtőberendezések, elektromos kemencék és szakaszos folyamati berendezések ugrásszerű változásokat okoznak. Egyes igények a termelési ütemezés alapján előrejelezhetők; mások folyamatzavarokat követnek, és nem kezelhetők rögzített csúcsterhelésként.

A kapacitás kiválasztása előtt minden lényeges terhelést villamos viselkedése szerint soroljon be:

• Alapterhelés az a teljesítményigény, amely az üzemórák nagy részében várható. Ez határozza meg azt az üzemi tartományt, amely a tüzelőanyag-fogyasztást és a karbantartási igénybevételt leginkább befolyásolja.
• Egyidejű terhelés a reális összes terhelés, amikor a fő fogyasztók együtt működnek. Minden csatlakoztatott névleges teljesítmény összeadása általában túlbecslést eredményez, míg annak feltételezése, hogy a terhelések soha nem esnek egybe, a legkedvezőtlenebb pillanatban elégtelen generátorkapacitáshoz vezethet.
• Indítási és tranziens terhelés esetén az állandósult kW-értékektől elkülönítve kell vizsgálatot végezni. Egy motorindítás rövid, de jelentős feszültség- és frekvenciazavart okozhat akkor is, ha a folyamatos terhelés jóval a generátor névleges teljesítménye alatt van.
• Export- vagy importváltozás fontos a hálózatra csatlakozó telephelyeken. A szigetüzemre méretezett turbina tartalékfilozófiáját más elvek határozzák meg, mint egy stabil közüzemi hálózati forrással párhuzamosan üzemelő egységét.

Ne alakítsa ezeket túl korán egyetlen „csúcsterhelés” értékké. A csúcs időtartama és alakja befolyásolja a kiválasztást. Egy rövid, szabályozható csúcs kezelhető ütemezéssel, változtatható fordulatszámú hajtással, akkumulátoros támogatással vagy tárolt energiával. A termelés szempontjából kritikus üzem közbeni tartós csúcs általában biztos termelőkapacitást igényel.

Használja a turbina teljesítménytérképét, ne csak az ISO névleges adatot

A közzétett generátornévleges teljesítmény gyakran meghatározott környezeti feltételekhez kötött. A tényleges teljesítmény és hőfogyasztás változik a beszívott levegő hőmérsékletével, a tengerszint feletti magassággal, a páratartalommal, a belépő oldali nyomásveszteséggel, a kipufogó ellennyomásával, a tüzelőanyag összetételével és az üzemórák során fellépő degradációval. A meleg idő különösen fontos lehet, mivel ugyanaz az időszak, amely növeli a telephely hűtési terhelését, a gázturbina teljesítményét is csökkentheti.

Kérjen teljesítményadatokat a projekt környezeti feltételtartományára, beleértve a várható nyári méretezési állapotot és a legalacsonyabb gyakorlati üzemi terhelést. A vizsgálatnak a segédüzemi fogyasztás utáni nettó villamos teljesítményt kell azonosítania, nem csupán a generátor kapcsain mérhető bruttó teljesítményt. A belépő levegő szűrése, szükség esetén a tüzelőgáz-kompresszió, a kenőolajszivattyúk, a szellőztetés, a hűtőberendezések és az erőművi vezérlési terhelések mind befolyásolják a technológiai gyűjtősín számára rendelkezésre álló teljesítményt.

A részterheléses hatásfok ugyanolyan figyelmet érdemel, mint a teljes terheléses hőfogyasztás. Egy turbinaegység, amely huzamos ideig az előnyös tartományának közelében üzemel, alacsonyabb életciklusra vetített tüzelőanyagigénnyel rendelkezhet, mint egy nagyobb egység, amely ismételten jóval a hatékony üzemi pontja alatt működik. Ez különösen akkor releváns, ha az alapterhelés mérsékelt, de a napi csúcsok magasak. A megfelelő választás lehet egy kisebb vezéregység és egy második egység a csúcsidőszakokra, egyetlen nagy gép helyett.

Határozza meg a tartalékot üzemi szempontból

A tartalékkapacitást gyakran százalékos értékként fejezik ki, de hasznosabb kérdés, hogy milyen eseményt kell a tartaléknak lefednie. Ha a legnagyobb folyamati motor akkor indul, amikor a telephely szigetüzemben működik, a rendelkezésre álló tartaléknak le kell fednie a kapcsolódó villamos ugrást anélkül, hogy elfogadhatatlan frekvenciaesést vagy feszültségösszeomlást engedne. Ha egy második generátor csak az esemény után indulna, annak indítási ideje nem nyújt védelmet a zavar első másodperceiben.

Többegységes erőműveknél értékelje a legnagyobb üzemelő egység kiesését és azt a legkisebb terhelést, amelyet feszültség alatt kell tartani. Az eredmény indokolhat N+1 elrendezést, kisebb készenléti gépet vagy szabályozott terhelésleválasztási rendszert. Ezek az alternatívák nem helyettesíthetők egymással. A készenléti kapacitás az ellátást védi; a terhelésleválasztás csak a megszakíthatónak minősített terheléseket védi, és hatékonysága tesztelt prioritási sorrendtől és megbízható kapcsolóberendezés-logikától függ.

A tartaléknak a tervezett karbantartást is figyelembe kell vennie. Egyetlen egység normál üzem közben műszakilag elegendő lehet, mégis termelési korlátozásokat okozhat, amikor esedékes az ellenőrzés, a forró szakasz munkálatai, a generátor szervize vagy a segédberendezések karbantartása. A kapacitástervezésnek különbséget kell tennie az elfogadható korlátozott üzem és a megszakítás nélkül rendelkezésre álló teljesítmény között.

Igazítsa a válaszképességet a terhelésváltozás sebességéhez

Az átlagos teljesítményigény elfedi a gyors változásokat. Az a profil, amely egy óra alatt több megawattal emelkedik, más kihívást jelent, mint egy hasonló növekedés, amely másodperceken belül következik be. A gázturbina-szabályozás, az üzemanyagrendszer reakciója, a generátor gerjesztése, a fordulatszám-szabályozó hangolása és a csatlakoztatott forgó tehetetlenség határozza meg a rendszer reakcióját. A generátort és a turbinát a védelmi relékkel, a megszakító-beállításokkal, a transzformátor impedanciájával és a nagy motorok indítási módjával is össze kell hangolni.

A terhelési felfutásokat időbélyegekkel kell ábrázolni. Azonosítsa, hogy a változás szándékos-e, például egy ütemezett kompresszorindítás, vagy folyamati eredetű. A szándékos felfutások gyakran ütemezhetők a turbina üzemi állapotához. A folyamat által kiváltott változások több forgó tartalékot, gyorsabb kiegészítő erőforrást vagy a nem létfontosságú terhelések automatikus korlátozását tehetik szükségessé.

Ha egy hálózatra csatlakozó létesítményben időnként többlet villamos energia, máskor pedig meredek igény jelentkezik, a tárolás módosíthatja a generátor méretezési alapját.Légenergia-tárolás a többlet villamos energiát levegő sűrítésére használja, a visszanyert hőt olvadt sóhoz hasonló hőtároló közegben tárolja, majd később a felhevített levegőt expandálva villamos energiát termel. Megfelelő villamosenergia-hálózati alkalmazásban ez időben áthelyezi az energiát; nem szünteti meg a rövid idejű válaszképesség, a diszpécserlogika és a hosszabb kimaradás során szükséges biztos kapacitás ellenőrzésének igényét.

Tudatosan válasszon egy nagy egység vagy moduláris elrendezés között

A modularitás saját költségekkel és kapcsolódási felületekkel jár. Minden további egység alapozást, burkolatot, tüzelőanyag-leválasztást, kipufogógáz-elvezetést, villamos védelmet, vezérlésintegrációt, pótalkatrész-tervezést és karbantartási koordinációt igényel. Több egység értéke a jobb terheléselosztásból és redundanciából ered, de csak akkor, ha a vezérlési filozófiát úgy tervezték meg, hogy ezeket megfelelően használja. A nem megfelelő terhelésmegosztás miatt az egyik gép hatástalanul üzemelhet, míg egy másik túl gyakran ciklizál.

A névleges teljesítmény véglegesítése előtt ellenőrizze a peremfeltételeket

A tüzelőanyag minőségét és szállítási nyomását korán meg kell erősíteni. A fűtőérték, a szennyeződések vagy a nyomás változása befolyásolhatja az égési beállításokat, a rendelkezésre álló teljesítményt és a tüzelőanyag-kezelési követelményeket. A turbinaegységet a tényleges tüzelőanyag-ellátási elrendezéshez kell méretezni, beleértve a nyomáscsökkentő, fűtő-, szűrő- vagy kompressziós berendezéseket. A minimális nyomás és az összetételtartomány nélküli, névleges gázellátásról szóló nyilatkozat nem elegendő a végleges méretezéshez.

A telephelyi körülmények szintén befolyásolják a telepítési döntéseket. A beszívó- és kipufogócsatorna-veszteségek, az akusztikai kezelés, a burkolat szellőztetése, a kábelnyomvonalak, a transzformátor elhelyezése és a daruhozzáférés másodlagosnak tűnhetnek a turbina névleges teljesítményéhez képest, mégis módosíthatják a nettó teljesítményt, a karbantarthatóságot vagy a későbbi kapacitásbővítés gyakorlati lehetőségét. Tartson fenn területet és villamos mezőket a bővítéshez, ha az hitelt érdemlő, de ne vásároljon azonnali termelőkapacitást kizárólag egy meghatározatlan jövőbeli terhelés miatt.

Műszaki specifikáció kiadása előtt egyeztesse össze a következő négy dokumentumot: az intervallumos terhelési profilt, az egyvonalas villamos kapcsolási rajzot, a folyamati üzemeltetési ütemtervet, valamint a hálózatkiesésre, egységleállásokra és helyreállításra vonatkozó üzemeltetési filozófiát. E dokumentumok közötti ellentmondások gyakoriak. Például egy folyamati ütemterv feltételezhet egyidejű motorindításokat, miközben a villamos terv szekvenciális indításokat feltételez; a turbina névleges teljesítménye olyan környezeti feltételt tartalmazhat, amely eltér a hűtési terhelés előrejelzésétől.

A megalapozott végleges névleges teljesítmény meghatározza az előírt nettó teljesítményt meghatározott környezeti és tüzelőanyag-feltételek mellett, a megengedett üzemi tartományt, a felfutási és indítási elvárásokat, a segédüzemi terheléseket, a redundancia alapját és a jövőbeli csatlakozási feltételezéseket. Ez a meghatározás a „csúcsteljesítményigényt” olyan mérnöki üzempontra alakítja, amely következetesen értékelhető a turbógenerátor-változatok között.