Succé för standardiserat kraftverk KA24-1 ICS



Relevanta dokument
bland annat på grund av den höga totalverkningsgrad

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

TopCycle Framtidens kraftverk. Integrerad Ång/Gasturbin process för hållbar elproduktion

en elektrisk nettoverkningsgrad på 50 % 1.

Kraftvärmeverket För en bättre miljö

Kombinerad värmeoch kraftproduktion jämförelse mellan olika kraftverkstyper

Uppvärmning och nedkylning med avloppsvatten

ÅNGCYKEL CARNOT. Modifieras lämpligen så att all ånga får kondensera till vätska. Kompressionen kan då utföras med en enkel matarvattenpump.

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

TENTAMEN I KRAFTVÄRMESYSTEM, 5 p RÄKNEDEL

INFO från projektet 45

Kraftvärme. Energitransporter MVKN10. Elias Forsman Mikael Olsson

Optimalt nyttjande av exergipotentialen i bränslen och förnybar energi med kombikraftverk

Skruvkompressorer över 30 kw. Människor. Passion. Prestanda.

Tentamen i termisk energiteknik 5HP för ES3, 2009, , kl 9-14.

Filtac AB grundades 1982 i Göteborg. Allt sedan dess har vi specialiserat oss på filtrering,

AIR COMPRESSORS ROLLAIR

Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme

KA - KA PLUS. SKRUVKOMPRESSORER 2,2-7,5 Kw

Tentamen i Turbomaskiner 7,5 hp

FAQ Gullberg & Jansson

Grundläggande energibegrepp

LADDARE SOM HÅLLER IGÅNG ÄVEN NÄR EN I TEAMET SAKNAS...

ARBETSGIVANDE GASCYKLER

Kärnkraft och värmeböljor

ORC för elproduktion i värmeverk

Kylenhet Cooler. We Bring Air to Life

V90-1,8 MW & 2,0 MW Bygger på erfarenhet

Tmax en ny familj effektbrytare med gjuten kapslingttechnology. Simone Ambruschi, Renato Dosmo

Lösningsförslag Tentamen i Turbomaskiner 7,5 hp

Schneider Electric är involverade i 72% av slutanvändarnas energiförbrukning. Vi kan hjälpa er att spara!

Innovate.on. Bioenergi. störst betydelse för att EUs klimatmål ska uppnås

OlJefrIA, VAttenInsprUtAde skruvkompressorer Luftflöde: 0,86 12,46 m 3 /min acfm

Econet. Systemet som gör alla till vinnare

Energibok kraftvärmeverk. Gjord av Elias Andersson

Kondenserande gaspanna. Varför Vaillant? För att vi erbjuder kraft, effektivitet och tillförlitlighet. ecocraft exclusiv

Cottbus världens första brunkolseldade PFBC-kraftverk

Skruvkompressor CSM N 2 5,5 10 HK

Erfarenheter från fjärrövervakning av matarvattenkemin på Öresundsverket. Eva Fransson, Karlshamn Kraft AB, Eon värmekraft Sverige AB.

STAL TURBOGENERATOR en kortfattad systembeskrivning

HUR GRÖN ÄR ER ANLÄGGNING? Energibesparande lösningar

Nya lampor på våra ursprungliga idéer

SKRUVKOMPRESSORER Luftflöde 0,21 3,36 m 3 /min acfm

Körschema för Umeå Energis produktionsanläggningar

rar reglering av kompressor. Systemet är förberett för att kunna styra och kontrollera ett nätverk med upp till sex anslutna kompressorer.

Bioenergi för värme och elproduktion i kombination

30HX GLOBAL CHILLER VÄTSKEKYLARE I HARMONI MED MILJÖN

Förändrade roller på elmarknaden

BILLERUD AB GRUVÖNS BRUK. Ö-drift. Malin Jervant

VVKV med 10kW nominell effekt vid 10m/s av typ V10K. VVKV med 50kW nominell effekt vid 10m/s av typ V50K

Pellets. naturlig värme. Information från Pellsam om bekväm, kostnadseffektiv och miljövänlig villavärme.

BROMSIDÉER FÖR VINDKRAFTVERK

Bostadsaggregat RECOM 4. Experter på inneklimat i lågenergihus

TOPLING SASP. Hög kvalitet till RÄTT PRIS!

När du behöver. Flexibel, klimatsmart & problemfri värme

KSV. Frekvensstyrda Skruvkompressorer Kw

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

Smart Heat Grid. Hur funkar det? Noda Intelligent Systems Noda Smart Heat Grid

MED FRAMÅTANDA OCH VARSAMHET PROCESSVÄRME

kompakt effektiv tillförlitlig

Hållbar utveckling Vad betyder detta?

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

Bakgrund till Miljömärkning av Kompressorer. Version

Gaspanna ecocompact. Stående enhet med kondenserande gaspanna. ecocompact VSC 126/2 C VSC 196/2 C VSC 246/2 C

Öresundsverket. Ett av världens effektivaste kraftverk

Lamellkompressor HV 01 04

Framtidens. ergvärmepump DAIKIN ALTHERMA VÄRMEPUMP FÖR BERGVÄRME

Adconair 76 LUFTFLÖDE: m 3 /h

Vakuumpumpar och kompressorsystem från AxFlow. När du behöver en pålitlig pumplösning för processgaser.

Vad är energi? Förmåga att utföra arbete.

MED FRAMÅTANDA OCH VARSAMHET PROCESSVÄRME TT BOILERS

Det bästa har blivit ännu bättre. Kräv NYA ALPHA2

Prestanda för GT24/GT26 GT26 har märkeffekten 265 MW och levererar

NODA Smart Heat Grid. Hur funkar det?

SKRUVKOMPRESSORER Luftflöde 0,21 3,34 m 3 /min acfm

GREEN POWER PERKINS DIESEL MOTOR. De Motor med integrerad vatten kyl- Motor : 4016-TAG2A

Projektarbete MTM456 Energiteknik

Lamellpumpar från Blackmer. Pålitlig och robust konstruktion

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

ErP. DVCompact. med SoftCooler som ger optimalt inomhusklimat och enkel installation

Varvtalsreglerade skruvkompressorer Luftflöde: 0,16 4,27 m 3 /min acfm

Innovation för system integration

MJ1145-Energisystem VT 2015 Föreläsning om att hålla balans i elnät: L2-L3. Kraftsystemet = en lång cykel. Syftet med ett kraftsystem:

Skapa systemarkitektur

70 RB 50 RB 0 2 b Y L I N D Q U I S T H E A T I N G RB

Handläggare Datum Diarienummer Thomas Hall KSN

Ångdrift av värmepump på Sysavs avfallsförbränningsanläggning

Energi, el, värmepumpar, kylanläggningar och värmeåtervinning. Emelie Karlsson

Serverrack med kyla. Kyld korridor, EHDC Open Loop, EHDC Closed Loop. Kapsling av kall korridor

3:e generationen laserskrivare. Imaje 7000-serien. Gör mer med mindre YOU MAKE IT, WE MARK IT

Effekt kva 3,9 4,4 Effekt kw 3,1 3,5 Nominellt varvtal r.p.m Standardspänning V 400/230 Märkt vid effektfaktor Cos Phi 0,8

iljömärk produkt!

LVFS 2003:11 Bilaga 1 VÄSENTLIGA KRAV I. Allmänna krav 1. Produkterna skall konstrueras och tillverkas på ett sådant sätt att de inte äventyrar

Turbin X Presentation av projekt elproduktion med avfallsånga Vattenfall AB Heat Nordic Uppsala Allan Magnusson projektledare Turbin X Vattenfall AB

COS luftkylda kylaggregat

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

TIAP-metoden för statusbestäming

Simulering av ett Gaskombiverk med kylning till fjärrvärmenätet

Industriellspillvärme

Transkript:

Succé för standardiserat kraftverk KA24-1 ICS utan fasta leveranskontrakt, och deras strategi bygger på möjligheten att agera snabbt och flexibelt. För att nya anläggningar ska bli konkurrenskraftiga måste de uppfylla vissa krav: de måste snabbt komma igång med driften; de specifika kapitalkostnaderna måste vara låga, de måste vara miljömässigt acceptabla och inte medföra hinder för koncession; och de måste kunna generera elektrisk energi till lägsta tänkbara kostnad. Alla dessa krav uppfylls av kombikraftverk. Ytterligare fördelar med kombinerad produktion av elkraft och värme är att den termiska verknings- Rolf Bachmann Dr. Ralph Schulz ABB Power Generation graden är högre än för någon annan typ av värmekraftverk och att emissionerna är låga (såväl CO 2 som SO 2, NO x och CO). För att nå framgång måste en anläggningsleverantör inte bara kunna leverera en nyckelfärdig anläggning utan dessutom tillhandahålla full service för alla energiproducentens behov. Detta kan sträcka sig från projektutveckling, finansiering och försäkring till drift och underhåll av anläggningen. Den konkurrenssituation som uppstått med den avreglerade elmarknaden har gjort kombikraftverket till förstahandsvalet för energiproducenter. Detta förstärkt av anläggningstypens kostnadsfördelar och relativt låga miljöbelastning. ABB har utvecklat standardiserade kraftmoduler baserade på de avancerade gasturbinerna GT24 och GT26 för denna nya marknad. Referensanläggning KA24-1 ICS, med märkeffekten 271 MW (60 Hz), står för närvarande för mer än 75 % av alla kontrakt på GT24-anläggningar. Även om standardkraftverket huvudsakligen är avsett för kraftbolag som arbetar på en avreglerad marknad är det också ett intressant alternativ för traditionella energiproducenter. P rivatiseringen av energiproduktionssektorn i Storbritannien och avregleringen av de amerikanska och europeiska energimarknaderna har gett upphov till konkurrens mellan energiproducenterna. Avbrottsfri energileverans har blivit en konkurrensfaktor och elhandel har blivit en realitet. Elproduktionssektorn börjar allt mera brytas ner i separata segment för generering, transmission, distribution och försäljning av elenergi. Eftersom den befintliga kraftnätsstrukturen används, förblir dock transmissions- och distributionsindustrin ännu så länge inom den reglerade delen av marknaden. Dagens kraftbolag måste konkurrera med nya vinstorienterade företag i form av oberoende energiproducenter (IPP) och elleverantörer (MPP). Såväl energiproducenter som elleverantörer köper och säljer på elmarknaden, styrda av utbud och efterfrågan. Till skillnad mot energiproducenterna, som i mindre utsträckning agerar på spotmarknaden, arbetar elleverantörerna Kombikraftverk och ABB:s referensanläggningar Kombikraftverk har använts kommersiellt under ca fyra decennier för att generera elektrisk energi och/eller värme. ABB har redan från början varit ledande inom utveckling av kombiteknik, och hittills har företaget byggt och driftsatt omkring 130 kombikraftverk över hela världen. Ur termodynamisk synvinkel kombinerar kombikraftverket Brayton-cykeln med Rankine-cykeln. Den grundläggande idén är att utnyttja energin i gasturbinens heta avgasflöde i en ångcykel som är ansluten nedströms gasturbinen 2. Gasturbinen toppcykeln ger omkring två tredjedelar av den totala användbara effekten i en processkonfiguration med HRSG 1, vanligen kallad avgaspanna. Återstående tredjedel kommer från en process som utnyttjar avgasvärmen från gasturbinen i en ångcykel bottencykeln. För att öka uteffekten har även ett litet antal kombikraftverk byggts med tillsatseldning i avgaspannan, om än till priset av lägre verkningsgrad. Kombianläggningen är mycket flexibel ur bränslesynpunkt. Som regel kan gasturbinen eldas med såväl gasformiga som flytande bränslen. Med integrerad kolförgasning finns även möjlighet att använda kol som bränsle. Till skillnad mot konventionell ångprocess, exempelvis i ett koleldat kraftverk, ger kombicykeln den termodynamiska fördelen av att gasen som 4 ABB Tidning 3/1999

Kombikraftverket KA24-1 ICS 1 används för att generera ånga ligger på relativt låg temperatur efter expansion i gasturbinen. Den lägre temperaturskillnaden under värmeöverföringen i avgaspannan minskar exergiförlusterna 2, vilket är detsamma som bränslebesparing. Följden är att nettoverkningsgraden för ett modernt kombikraftverk ligger på ca 58 %, vilket är mycket högre än för avancerade koleldade kraftverk (ca 45 %). Detta ger viktiga ekonomiska och miljömässiga fördelar för kraftbolagen. Det traditionella kombikraftverket är skräddarsytt enligt givna projektspecifikationer. En anläggningsleverantör som tillämpar detta synsätt måste investera mycket i projektkonstruktion, vilket gör ett skräddarsytt kraftverk inte bara kostnadsintensivt och tidsödande utan även behäftat med avsevärd risk. I början av 1990-talet utvecklade ABB en serie standardiserade och i stort sett färdigkonstruerade modulära referenskraftverk. Konstruktionerna är Funktionsprincipen för det enaxliga kombikraftverket avsedda att uppfylla typiska kundkrav och minska leveranstiden, detta som svar på marknadens nya behov. Det valda konceptet har höggradigt stan- 1 Gasturbin A Avgas 2 Avgaspanna B Bränsletillförsel 3 Ångturbin C Lufttillförsel 4 Generator D Elektrisk uteffekt 5 Kondensor A 2 C D 2 1 G 4 3 1) Heat Recovery Steam Generator (ånggenerator för värmeåtervinning) 2) För att effektivt minska exergiförlusterna i avgaspannan till ett ångkraftverk måste ångparametrarna förbättras betydligt. Förbättringspotentialen begränsas emellertid kraftigt av egenskaperna för idag tillgängliga material. B 5 ABB Tidning 3/1999 5

dardiserade komponenter i maskinhallen, med minskande grad av standardisering ju mer perifer utrustningen blir. ABB:s referensanläggning förenar de tekniska fördelarna i en enaxlig anläggning med de fördelar som uppnås genom standardisering. Även om kraftverket i första hand är avsett för en avreglerad energimarknad är referensanläggningen ett intressant alternativ för kraftbolag av mer traditionellt slag. ABB erbjuder idag ett nyckelfärdigt referenskombikraftverk av typ KA24-1 ICS 3 (271 MW, 60 Hz) och KA26-1 (393 MW, 50 Hz), vilka bygger på de avancerade gasturbinerna GT24 respektive GT26. Hittills står försäljningen av KA24-1 ICS för mer än 75 % av den totala försäljningen av GT24-anläggningar, och trenden ökar. De konstruktionsmässiga aspekter som prioriterades under utvecklingen av referensanläggningen är följande: Hög verkningsgrad vid full last och dellast Kort uppstartstid Enkel och flexibel drift Kort tid från kontrakt till driftsättning Tabell 1: Tekniska data för kombikraftverket KA24-1 ICS Hög tillförlitlighet och tillgänglighet samt enkelt underhåll Låga utsläpp av buller och miljöfarliga ämnen Kompakt, enkel, robust och väl strukturerad konstruktion Repetitionseffekten möjliggör mycket korta leveranstider t.ex. under 20 månader för KA24-1 ICS. Anläggningar med flera block byggs som moduler med individuella kraftöverföringar, dvs. varje modul har egen generator och egen/egna turbin(er). Sekventiell uppbyggnad och separat driftsättning av en anläggning med flera block gör det möjligt för energiproducenterna att inleda kommersiell drift innan hela anläggningen är färdigbyggd. Såväl kunden som ABB drar fördel av de drifterfarenheter och de kunskaper som överförs från anläggning till anläggning genom att identisk teknik tillämpas. För att optimera inlärningskurvan har ABB infört systemet ERS (Experience Response System) som återkopplar projekterfarenheter till utvecklingsprocessen. Individuella kundönskemål och spe- Nettouteffekt 271 MW Nettoverkningsgrad 57.6 % Tryckförhållande, GT24 30 :1 Brännartyp EV/SEV, dry low-no x Bränsle Naturgas, brännolja 2 Frekvens (rotorvarvtal 3600 r/min) 60 Hz Gasturbinuteffekt 183 MW Ångturbinuteffekt 97 MW Vatten/ångcykel Dubbeltryck/mellanöverhettning Avgaspanna Horisontell Högtrycksångdata 565 C, 160 bar Ångturbinkonstruktion Två hus, enkelt flöde Generatorkylning Luft NO x 25/42 vppm (torr gas, olja med vatteninsprutning) Effekt- och verkningsgraddata bygger på metan som bränsle samt ISO-förhållanden, våtkyltorn, p cond = 70 mbar. NO x -emissionsdata bygger på 15% O 2 i avgasen. ciella krav som beror på anläggningens lokalisering t.ex. extrema klimatförhållanden, speciella myndighetsföreskrifter, vattenbrist etc. kan uppfyllas med hjälp av förkonfigurerade tillvalslösningar. Referenskraftverket KA24-1 ICS Enaxelarrangemang och GT24 Liksom alla referenskraftverk från ABB är KA24-1 ICS Tpå 60 Hz, som lanserades på marknaden 1996, ett enaxligt kombikraftverk. Den så kallade kalla änden (kompressorsidan) av gasturbinen GT24 är styvt kopplad till den luftkylda generatorn, som i sin tur är ansluten via en automatväxlad och synkroniserande koppling (SSS) till mellantrycks- (IP) och lågtrycks- (LP) turbinerna samt, via ytterligare en växel, till högtrycksdelen av ångturbinen (HP). Denna växel förbinder högtryckstubinaxeln, med ett varvtal på nästan 9000 r/min (för maximal verkningsgrad), till huvudaxeln som roterar med den synkrona hastigheten av 3600 r/min. Hela axelsträngen är installerad i maskinhallens markplan 3. Detta arrangemang sparar utrymme och tillåter en lägre byggnadshöjd. Resultatet är att byggnadstiden minskar, huvudmaskinerna blir enklare att installera och kostnaderna för anläggningsarbete minskar. I jämförelse med fleraxliga konstruktioner kräver enaxelkonstruktionen färre komponenter (besparingen inkluderar en generator samt huvudgenomföringar och transformator). Dessutom blir anläggningen enklare att ansluta till elnätet och anläggningens tillförlitlighet ökar med minskande komponentantal. Förutom att vara enkla i hanteringen har enaxliga anläggningar under åren vunnit gott rykte för problemfri drift, 3) ICS = Integrated Cycle System 6 ABB Tidning 3/1999

8 1 7 6 5 4 3 2 Genomskärning av generatorhallen som visar komponenternas placering 3 1 Avgaspanna 4 SSS-koppling 7 Högtrycksturbin 2 Gasturbin 5 Mellantrycks- och lågtrycksturbin 8 Luftintag till gasturbinen 3 Generator 6 Växel hög tillförlitlighet och hög tillgänglighet samt enkelt underhåll. Med dessa fördelar har anläggningstypen blivit väletablerad på kraftverksmarknaden under de gångna tre decennierna. En konstruktionsmässig nyckelaspekt för varje enaxlig anläggning är arrangemanget av huvudkomponenterna längs axelsträngen. I jämförelse med konfigurationen med ångturbinen (ST) i mitten, mellan gasturbinen (GT) och generatorn (GEN), erbjuder ABB:s GT-GEN-CLUTCH-ST-lösning (där CLUTCH står för växel) följande fördelar [2]: Ökad tillgänglighet, då en del av de stopp som kan inträffa i ångturbinen inte med automatik kräver avställning av anläggningen. Ångturbinen kan kopplas bort från axelsträngen med hjälp av SSS-kopplingen och frånskiljas vatten/ångcykeln via en 100 % ångförbikoppling. Kort uppstartstid Oberoende uppstart av gasturbinen Nyckelkomponenten i KA24-1 ICS är den kompakta och slitstarka gasturbinen GT24 med hög verkningsgrad [1]. Gasturbinen har sekventiell förbränning i två annulära brännkammare som tillämpar mellanöverhettningsprincipen med relativt låg turbininloppstemperatur och hög avgastemperatur (640 C). Detta är ett termodynamiskt krav från den efterkopplade ångprocessen, eftersom hög termisk verkningsgrad kräver goda färskångdata. Kompressorn GT24 har 22 steg för att nå det höga tryckförhållandet 30:1 ett värde som hittills bara har kunnat uppnås med hjälp av gasturbiner av aeroderivat-typ. Gasen som kommer ut från den annulära högtrycksbrännkammaren (EV) expanderas i ett enda steg i lågtrycksbrännkammaren (SEV). När mera bränsle har sprutats in följer fyrstegsexpansion tills gasdata som specificerats för utloppet från gasturbinen har uppnåtts. För GT24 används i första hand naturgas, men även brännolja 2 kan användas. Förblandningsbrännarna av typ dry low-no x EV har visat sin förmåga under mer än 2 miljoner timmars drift. ABB har också samlat erfarenhet med sekventiell förbränning. Tekniken lanserades på markna- ABB Tidning 3/1999 7

den för flera decennier sedan. Tillsammans har de nya systermodellerna GT24 och GT26 redan lagt 30 000 timmars drift bakom sig. Principschema för kombikraftverket KA24-1 ICS 1 G 5 Avgaspannan till ICS, vatten/ångprocessen och ångturbiner Avgaspannan för ett kombikraftverk utgör gränssnittet mellan gasturbinen och vatten-/ångcykeln. Här kyls avgaserna från gasturbinen nästan ned till daggpunkten, och den återvunna värmen används för att generera ånga. Den horisontellt placerade dubbeltrycks avgaspannan med mellanöverhettning till KA24-1 ICS utnyttjar endast restvärme från gascykeln, dvs. ingen tillsatseldning. Den innovativa och enkla konstruktionen kombinerar två beprövade principer: genomströmningspannan med enrörssystem och högt tryck samt lågtrycksånggeneratorn med ångdomstrumma. Vattenkemin är anpassad till den specifika karakteristiken för avgaspannor med låg förbrukning av kemikalier [3] och minskad miljöpåverkan. Mellanöverhettaren ökar ångans termodynamiska medeltemperatur i syfte att öka totalverkningsgraden. En konstruktionsmässig nyckelaspekt på genomströmningspannan är att det inte finns någon tjockväggad och därmed termiskt trög högtryckstrumma. Den avgaspannkonstruktion som valts för KA24-1 ICS representerar ett optimum sett till verkningsgrad och kostnad [4]. På grund av den höga avgastemperaturen är verkningsgraden av en GT24 nästan densamma som för en industriell avgaspanna av standardtyp med tre trycknivåer. 1 Gasturbin GT24 6 Kondensor 2 Dubbeltrycksavgaspanna med mellanöverhettning 7 SSS-koppling 3 Mellantrycks- och lågtrycksångturbin 8 Växel 4 Högtrycksångturbin 9 Anslutningar till GT24-kylaren 5 Luftkyld generator 10 Separator med nedblåsning 9 9 10 2 7 3 8 6 4 4 Något som är speciellt för vatten-/ ångcykeln 4 i GT24 är de särskilda genomströmnings-luftkylarna: komprimerad luft från kompressorn kyls och används för att producera en del av den högkvalitativa högtrycksångan. Den kylda luften leds därefter tillbaka till gasturbinprocessen och används för kylningsändamål. Ångans värmeenergi omvandlas till mekanisk energi i en tvåhus ångturbin. Det ena huset innehåller mellantrycksoch lågtrycksstegen och det andra huset högtryckssteget. Integreringen av den högvarviga cylindriska högtrycksångturbinen är en fördel på grund av det låga volymetriska ångflödet. Konstruktionen har dessutom en effektivare skovelkonstruktion än 3600 r/min-maskinen, vilket mer än väl kompenserar förlusterna i växeln. Den delvis expanderade ångan från högtrycksturbinen återgår till avgaspannan för återuppvärmning, expanderas partiellt ännu en gång i mellanöverhettningssektionen och får slutligen expandera tillsammans med ånga från lågtryckstrumman i lågtrycksturbinen ner till kondensortryck. En 100 % förbikoppling i kombination med en kondensor konstruerad för total kondensdrift garanterar att kraftverket inte behöver stängas av för varje eventuell störning i ångturbinen, något som förbättrar den totala tillgängligheten. I standardkonfigurationen avgår överskottsvärme från kondensorn och det slutna kylvattensystemet i ett vått kyltorn. En alternativ kall ände för vatten-/ångcykeln är en luftkyld eller direktkyld kondensor. Trenden mot luftkylda kondensorer ökar, inte bara i regioner där vattenbrist kan uppstå. Den ökande populariteten för denna kondensortyp kan i många fall återföras till begränsade resurser eller ökad miljömedvetenhet, som ofta gör det svårt att få tillstånd för våtkyltorn. 8 ABB Tidning 3/1999

Luftkyld generator samt el- och kontrollutrustning Mellan kompressoränden av GT24 och SSS-kopplingen sitter turbogeneratorn av typ WY23Z-109. Att använda en luftkyld generator i detta kraftverk är fortfarande en unik lösning. I jämförelse med de vanliga vätekylda maskinerna erbjuder generatorn TEWAC 4 fördelar sett till tillgänglighet, driftskostnader, utrymmeskrav och hantering allt resultatet av en enklare teknik. Den slutna kylluftcykeln som tillämpas inom TEWAC-tekniken innebär att generatorkylningen är relativt okänslig mot variationer i omgivningen. Den högre ljudnivån i jämförelse med vätgaskylda generatorer och den marginellt lägre verkningsgraden som beror på något högre ventilationsförluster är försumbara. Generatorbrytaren, som är en del av den installerade generatorutrustningen, tillåter gasturbinen att arbeta vidare på tomgång efter bortkoppling från kraftnätet, dvs. vid exempelvis ett nätbortfall. Detta ökar driftflexibiliteten eftersom kraftverket snabbt kan återsynkroniseras och återanslutas till nätet. I detta sammanhang är det också värt att notera att KA24-1 ICS är utrustad med all utrustning som behövs för start från blackout samt nöddrift (tillval). Transienta processer, som uppstart, avstängning och lastförändringar, styrs automatiskt av Advant Power Distributed Control System (DCS). DCS omfattar som sina huvudkomponenter styrsystemen EGATROL och TURBO- TROL för gas- och ångturbiner. De fungerar även som gränssnitt för styrning av annan anläggningsutrustning. 4) TEWAC = Totally Enclosed Water Air Cooled (fullständigt innesluten vatten-/luftkyld) 5) Reliability, Availability and Maintenance (tillförlitlighet, tillgänglighet och underhåll) Typiskt resultat av en Ebsilon -simulering av processens stabila tillstånd (värmebalans) för KA24-1 ICS, med antagande av metan som bränsle samt ISO-förhållanden Utvecklingsverktyg för processoptimering Ett avancerat kombikraftverk med hög verkningsgrad som KA24-1 ICS är inte bara beroende av högkvalitativ utrustning utan även av komponenternas optimala kombination. Under utvecklingen av referensanläggningen användes det kommersiella simuleringsprogrammet Ebsilon för att numeriskt modulera kraftverksprocessen i stabilt tillstånd (dvs. med mass- och värmebalans) och för att fastställa de termodynamiska variablerna för respektive tillstånd. Med hjälp av detta verktyg kunde inverkan av konstruktionsvarianter eller föränderliga randvillkor (t.ex. klimataspekter) undersökas systematiskt med hög noggrannhet. 5 visar, som ett exempel, simuleringsresultaten för KA24-1 ICS vid eldning med metan och under ISO-förhållanden. Ett annat simuleringspaket som finns tillgängligt för utvecklingsingenjörer för kombikraftverk är den mycket kraftfulla Analyzer [5] som är speciellt användbart för numerisk analys av transienta processer. Exempelvis kan detta programvarupaket användas för att numeriskt modellera uppstarts- och avstängningsprocesser, kontrollsekvenser och störningar, liksom för att genomföra detaljerade optimeringar under utvecklingsarbetet. Omfattande processberäkningar som genomförts för stora kombicykel-installationer (exempelvis kraftverket Kuala Langat i Malaysia) lade grunden till de resultat som uppnåtts med detta verktyg. Projektet gjorde det samtidigt möjligt att validera de modeller som finns i programmet, genom att jämföra dem med uppmätta resultat. KA24-1 ICS-processen har också reproducerats för modelleringsändamål. Simuleringsresultaten i 6 visar hur de olika gasturbin-, ångturbin- och avgaspannparametrarna varierar under varmstart. Förutom optimeringen av den termodynamiska processen börjar RAM 5 bli en allt viktigare aspekt på utvecklingen av referensanläggningar. Det beror på att tillförlitlighet och tillgänglighet är kriterier som är avgörande för 5 ABB Tidning 3/1999 9

ekonomin i ett kraftverk. Probabilistiska metoder används, exempelvis för att identifiera onödig redundans vilket är ett viktigt bidrag till kostnadsoptimering. På liknande sätt kan kritiska anläggningsområden stödjas genom optimering av reservdelsförrådet. Värdet av tillgång till tillförlitliga fältdata understryks av en kontinuerligt uppdaterad databas vid ABB Power Generation där driftdata, inklusive framkallade och planerade avställningar, från Simulering av varmstart av KA24-1 ICS med Analyzer a b c t a T 600 C 400 300 200 100 0 4200 rpm 3000 2400 1800 n 1200 600 b 0 70 kg/s 50 40 30 m HP 20 c 10 många av företagets kraftverk dokumenteras i detalj. Förutom ovannämnda tillförlitlighetsorienterade konstruktion förutsätter hög anläggningstillgänglighet också verksam inspektionsstrategi, som definierar när och vilken typ av underhåll som ska utföras på de olika maskinerna, och vilka reservdelar som ska förrådsföras. Gasturbin GT24: avgastemperaturen (T), relativt avgasmassflöde (m r ) och lasten (P) som funktion av tiden Ångturbin: position för högtrycks- och lågtrycksventilerna (V pos ) samt axelvarvtalet (n) som funktion av tiden Avgaspanna: högtrycksmassflödet av färskånga (m HP ), tryck (p) och temperatur (T) som funktion av tiden Tid kg/s C bar 0 0 2000 4000 6000 8000 s t C % % rpm LP % HP % 120 % 80 60 40 20 0 120 % 80 60 40 V pos 20 0 600 C,bar 400 300 200 T p 100 0 P m r 6 Specialanpassat för den avreglerade energimarknaden KA24-1 ICS är ett standardiserat nyckelfärdigt kombikraftverk, primärt utvecklat för att uppfylla den avreglerade marknadens behov av konkurrenskraftig energiproduktion. En speciell aspekt på denna referensanläggning är dess höga driftflexibilitet. Genom att tillåta snabba lastförändringar kan anläggningen anpassas till olika marknadsförhållanden. Flexibel drift stöds i synnerhet av avgaspannan och högtrycks-ångturbinen för ICS, båda framtagna för att motverka den termiska trögheten. Termiskt inflexibel värmelagring har undvikits genom att eliminera högtryckstrumman och placera högtrycksångturbinen i ett litet separat cylindriskt hus. Anläggningen lämpar sig utmärkt för både kontinuerlig drift vid baslast och dagliga topplastperioder som kräver korta uppstarts- och avstängningstider. Nettoverkningsgraden är hög under såväl fullast- som dellastdrift, eftersom gasturbinen GT24 tillåter reducerad uteffekt vid praktiskt taget konstant inloppstemperatur vilket har en positiv inverkan på den totala kombiprocessen. GT24-kompressorn har tre ställbara inloppsledskovlar (VIGV) för att variera luftmassflödet. Anläggningen kan på så sätt drivas vid nominell färskångtemperatur ner till 40 % av full effekt. Driften kan då bli ekonomisk även under lågtariffperioder. Verkningsgraden, exempelvis vid 50 % last, är 10 15 % högre än i konventionella kombiblock utan flerstegs-förbränning. Totalverkningsgraden ligger i detta fall fortfarande omkring 52 %, ett värde som till och med vid full last var ouppnåeligt för kombikraftverk bara för några år sedan. Under högtariffperioder, som är särskilt lönsamma för kraftproducenter, kan KA24-1 ICS köras med förhöjd uteffekt. Förutom kostnadsoptimering har utvecklingsprogrammet även fokuserat på hög tillförlitlighet och tillgäng- 10 ABB Tidning 3/1999

lighet för att garantera bästa tänkbara allroundlösning för energiproducenterna. Exempelvis ingår avsiktligt ingen avgasförbikoppling nedströms gasturbinen i referensanläggningen. En intern studie [6] har visat att även om den ekvivalenta 6 tillgängligheten för kraftverket kan ökas något genom att förlänga dellastdriften med gasturbinen i enkelcykel-drift. Detta kompenserar inte för den högre investeringskostnaden, den permanenta förlusten av verkningsgrad (läckage i avgasförbikopplingen) och de fullasttimmar som går förlorade på grund av tillkommande avställningstid. Tabell 2: Beställningar på kombikraftverk KA24-1 ICS Namn Land Anläggning Kylning Nettouteffekt Agawam USA 1 KA24-1 Kyltorn 270 MW Monterrey Mexico 2 KA24-1 Luftkylda 484 MW kondensorer Midlothian USA 4 KA24-1 Luftkylda 1 040 MW kondensorer Ytterligare USA 25 KA24-1 Olika > 6 000 MW åtaganden Försäljningsframgångar Nyligen har en hel serie order bokats på den amerikanska marknaden, vilket visar den höga acceptansnivån för referensanläggningarna. Förutom flera system som redan sålts (tabell 2) har ABB fått utfästelser för inköp av ytterligare 10 anläggningar (innefattande 25 axelsträngar totalt) 7. Många anläggningar har offererats, varför ytterligare beställningar är att förvänta inom den närmaste framtiden. Under 1999 och början av år 2000 ska de första referensanläggningarna sättas i kommersiell drift i Agawam, USA, respektive i Monterrey, Mexico. Referenser [1] Joos, F.; Brunner, P.; Schulte- Werning, B.; Syed, K.; Eroglu, A.: Utveckling av det sekventiella förbränningssystemet för gasturbinerna GT24/GT26. ABB Tidning 4/98, 4 16. [2] Jury, W.: Single shaft power trains. ABB Power Generation, Publ. no. PGT 2136 94 E. [3] Liebig, E.; Svoboda, R.: Chemie im Wasser-/Dampfkreislauf von kombinierten Gas-/Dampfkraftwerken (Kombikraftwerke). 5 th Int. Conf. on Cycle Chemistry in Fossil Plants, 1997. [4] Jury, W.; Searles, D.: Process optimization of an integrated combined cycle the impact & benefit of sequential combustion. ASME 97-GT-490. [5] Herzog, R.; Le Febve, D.; Olia, H.; Ruchti, C.; Svoboda, C.; Wilke, W.: Compact simulators an efficient way to process understanding. VGB Kraftwerkstechnik 74, No. 6, June 94. [6] Schulz, R.; Bachmann, R.: Does a CCPP for the deregulated market need an exhaust gas bypass? Internal study, 1998. Författarnas adress Rolf Bachmann Dr. Ralph Schulz ABB Power Generation Ltd CH-5401 Baden Fax: +41 56 205 5773 E-mail: rolf.bachmann@chkra.mail.abb.com ralph.schulz@chkra.mail.abb.com 6) Energimässigt viktad 7) Situationen i april 1999 ABB Tidning 3/1999 11