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Verbesserung der Kaltstart-Fähigkeit von GuD-Kraftwerken VGB Gasturbinen und Gasturbinenbetrieb 2017 Tjark Eisfeld, Karsten Jordan, Florian Röhr

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Technology Classification: ECCN: EAR99 AL:N US-Content: No

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Juni 2017 Seite 2 T. Eisfeld - K. Jordan - F. Röhr / Siemens AG

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Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Übersicht

Kraftwerks-Kaltstart 3

Gasturbinen-Unterstützung 5

Anlagentest 6

Gasturbinen-Testergebnisse 8

Zusammenfassung 11





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Problematik

Lange Gasturbinen-Wartezeiten beim Kraftwerks-Kaltstart

GT-Wartezeit ≈ 3h

LSV

Grundlast

Leistung DT-Start

ATK

GT-Start

• Längere GuD Stillstände durch besondere Marktbedingungen

• Mehr GuD-Kaltstarts

• Kalter Start = Langer Start

• Gründe: − Aufwärmen von Kessel & Dampfturbine − Dampfreinheit

Verkürzung der GuD-Startzeit

Unterstützung durch geänderte Gasturbinen-Fahrweise

Ziele

Beispiel: GuD-Kaltstart, Einwellen-Konfiguration





Gesamtanlage muss betrachtet werden

Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Vorteile / Herausforderungen

• Verringerter Brennstoff-Verbrauch bei kürzerem Kaltstart • Kürzere Reaktionszeit auf Marktanforderungen • Höhere Blockleistung schon vor Dampfturbinen-Start

Schneller GuD-Start:

• Erhöhter Lebensdauerverbrauch von Anlagenkomponenten (Kessel, Dampfturbine) • Erhöhte CO-Emissionen bei Teillast • Lösung abhängig von Anlagen-Auslegung Kraftwerksspezifische Lösungen erforderlich • Standard-Betrieb muss erhalten bleiben neue Konzepte für Fahrweisen erforderlich

Herausforderungen:





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Gasturbine - Maßnahmen und Ziele

Die GT-Fahrweise kann für den GuD-Kaltstart optimiert werden

Wartezeit verkürzt

Leistung anheben

ATK bei Teillast absenken

LSV öffnen

Tiefe Abgastemperatur bei höherem Massenstrom senkt Kessel-Belastung bei gleicher Leistung

GT-Maßnahme Ziel

ATK absenken Kesselbelastung verringern

Leitschaufel öffnen Abgasmassenstrom vergrößern (Leistung)

Haltepunkt-Leistung anheben

Teillast-Wirkungsgrad anheben LSV

Leistung

ATK

Verkürzung des GuD-Starts möglich





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Anlagentest Oktober 2016

Reduzierung der GuD-Kaltstartzeit > 80%

Test-Ziel Schnelle Besicherung der Fernwärme-Auskopplung

Anlagen-Konfiguration GuD, Mehrwelle

Gasturbine SGT5-4000F, Standard-Verbrennungssystem

GT Start vor Test > 6 Stunden von Gasturbinen-Zündung bis max. Fernwärmeauskopplung

Testaufgaben umfassten Gasturbine, Kessel, BoP, Dampfturbine

Testprogramm 7 Tage inklusive Stillstände zum Abkühlen

Testergebnis nach ca. 70 min 175 MWth ausgekoppelt (Handbetrieb)

>6h ca.

70min

Star

tzei

t-Red

uzie

rung

>8

0%

max. Fernwärmeauskopplung

Test Standard





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Getestete Gasturbinen-Fahrweisen

Drei Fahrweisen getestet, um den Erfahrungsbereich zu erweitern

• Leicht geöffnete LSV Diese Fahrweise ist bereits in Gasturbinen eingebaut und erprobt

• Variable LSV bis Grundlast Gleichzeitiges Öffnen der LSV und Anheben der TT2 / ATK ab Synchronisation

• 100% LSV nach Synchronisation Öffnen der LSV bei niedrigster TT2

Getestete Lastprofile





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Ergebnisse der Gasturbinen-Tests

• Alle drei getesteten Fahrweisen im gesamten Betriebsbereich stabil

• Lastgradient unverändert reine Gasturbinen-Startzeit unverändert

• Änderungen der Fahrweise im Teillastbereich keine Auswirkungen auf NOX-Emissionen

• CO-Grenze beschränkt Teillast-Bereich

Alle Fahrweisen erfolgreich getestet





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Auswirkungen auf den Kessel

Die Gasturbine kann zur Kesselschonung beitragen

weiteres Potential





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Ausblick

• Die Test-Anlage wird in 2017 modifiziert

• Weitere Gasturbinen-Tests geplant

• Entwicklung eines Upgrade-Produktes anlagenspezifische Lösungen notwendig

• Wichtig Kenntnis und Beachtung der Randbedingungen für den Anlagenbetrieb (Marktanforderungen, Starthäufigkeit etc.)

Die variable LSV Fahrweise ist eine anlagenspezifische Lösung für den GuD-Kaltstart





Schneller GuD-Kraftwerks-Kaltstart Zusammenfassung

• Aufgrund der geänderten Marktbedingungen müssen GuD-Anlagen häufiger aus dem kalten Zustand gestartet werden

• Bei einem Kraftwerks-Schnellstart werden die Anlagen-Komponenten, insbesondere der Kessel, starken Belastungen ausgesetzt

• Eine geänderte Gasturbinen-Fahrweise kann zur Schonung der Anlagen-Komponenten beitragen

• Verschiedene Fahrweisen wurden erfolgreich getestet

• Die Schonung des Kessels beim Kaltstart konnte nachgewiesen werden

• Die neue Gasturbinen-Fahrweise ist eine anlagenspezifische Lösung

Zusammenfassung





Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dr. Tjark Eisfeld Project Manager Large Gas Turbines Engineering - Advanced Frames Service Product Development Phone: +49 (208) 456 2806 E-mail: [email protected]

Karsten Jordan Project Manager Large Gas Turbines Engineering - Advanced Frames Service Product Development Phone: +49 (208) 456 4160 E-mail: [email protected]

Florian Röhr Product Manager Advisory Engineer Power Generation Services - Technology and Innovation Phone: +49 (208) 456 5260 E-mail: [email protected]

siemens.com

mailto:[email protected]







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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit





Haftungsausschluss

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Die in diesem Dokument genannten Handelsmarken und Warenzeichen sind Eigentum der Siemens AG bzw. ihrer Beteiligungsgesellschaften oder der jeweiligen Inhaber.

TRENT® und RB211® sind registrierte Handelsmarken und Warenzeichen von und werden unter der Lizenz von Rolls-Royce plc. verwendet. Trent, RB211, 501 und Avon sind Handelsmarken und Warenzeichen von und werden unter der Lizenz von Rolls-Royce plc. verwendet.

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