AG Turbo 2: Project 4.3.8B: Economically efficient integration of strongly transient heat sources in the water-steam cycle Final report / AG Turbo 2: Projekt 4.3.8B: Wirtschaftliche Nutzung von stark transienten Waermequellen im Wasser-Dampf-Kreislauf Abschlussbericht

The power dynamics of conventional steam power plants was to be improved by using discontinuous excess process heat for feedwater preheating. Numeric investigations were carried out using a commercial transient process simulation software. The project comprised several phases: First, an extensive market study of simulation tools was made, and the APROS software package by VTT was acquired. Another market study focused on potential heat sources. Simulation of the integration of these heat sources required a model of a conventional fossil steam power plant on the basis of an existing reference power plant. With the software tool, an extensive model power plant of 393 MW with 7 preheating stages was designed and parameterised with a vast number of power plant design and performance data. The model was validated by different load cases and compared with the available data. The simulations showed a significant increase of the power plant performance from 393 to 425 MW within 14 minutes after the onset of heat supply. This suggests that integration of an external transient heat source in the water-steam cycle of conventional power plants is a promising option for providing additional power at short notice and without reducing the power plant efficiency. The delay is not governed by the steam power plant unit or its control system, as might be expected, but by the speed of external heat supply. (orig.) / Das durchgefuehrte Projekt befasste sich mit der Untersuchung eines Konzeptes, mit dem die Leistungsdynamik konventioneller Dampfkraftwerke angehoben werden kann. Dazu sollte diskontinuierlich anfallende ueberschuessige Waerme aus verfahrenstechnischen Prozessen in Dampfkraftwerken wirtschaftlich genutzt werden, indem die Speisewasservorwaermung ganz oder teilweise ersetzt wird. Die Untersuchungen erfolgten auf numerischer Basis unter zu Hilfenahme einer kommerziellen instationaeren Prozesssimulationssoftware. Das Projekt gliederte sich in mehrere Projektphasen. Zunaechst wurde eine umfangreiche Marktstudie im Bereich der Prozesssimulationsstools durchgefuehrt und im Zuge dessen das Softwarepaket APROS von VTT beschafft. Eine weitere Marktstudie wurde bezueglich der moeglichen Waermequellen zur Einspeisung in dem Kreisprozess erstellt. Hieraus wurden einige wenige, energetisch vielversprechende und technisch realisierbare Faelle abstrahiert. Zur simulatorischen Einkopplung dieser Waermequellen in die Vorwaermekette des Kreisprozesses war ein Modell eines konventionellen fossilen Dampfkraftwerkes auf Basis eines existierenden Referenzkraftwerkes erforderlich. Mit Hilfe der Software wurde ein umfangreiches Modell eines Kraftwerks mit 393 MW und 7 Vorwaermstufen erstellt und mit einer grossen Zahl an Kraftwerksauslegungs- und Betriebsdaten parametrisiert. Zur Validierung des Modells wurden verschiedene Lastfaelle abgebildet und mit den zur Verfuegung stehenden stationaeren Daten verglichen. In den durchgefuehrten Simulationsrechnungen wurden als Beispiele fuer den Eintrag von Ersatzwaerme in den Speisewasserstrom die Abwaerme einer Gasturbine und Dampf aus einer Dampfschiene betrachtet. Deren Waermeenergie wurde mittels spezieller, angepasster Regelungs- und Steuerungsstrategien ueber Bypaesse mit einem zusaetzlichen Waermetauscher in den Hochdruck- und Niederdruckbereich der Speisewasservorwaermung eingekoppelt. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen in beiden Faellen einen deutlichen Anstieg der Leistung des Kraftwerks von 393 auf ca. 425 MW innerhalb von ca. 14 Minuten nach Beginn der Waermeeinkopplung. Im Beispiel der Gasturbine steht deren Leistung zusaetzlich zur Verfuegung, wodurch sich die Verbundleistung um insgesamt ca. 118 MW oder 30% erhoeht. Gleichzeitig erhoeht sich der Wirkungsgrad des Verbundes um 1,5%-Punkte. Die Einbindung einer externen transienten Waermequelle in den Wasser-Dampf-Kreislauf konventioneller Kraftwerke ist somit eine vielversprechende Moeglichkeit, zusaetzlichen Strom kurzfristig und ohne Wirkungsgradverschlechterung anbieten zu koennen. Die geschwindigkeitsbestimmende Komponente ist hierbei nicht der Dampfkraftwerksblock oder dessen Regelung wie zu vermuten waere, sondern die Bereitstellungsgeschwindigkeit der externen Waerme. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: F04B69 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / Bundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany) / DE / Germany