[发明专利]发电站设备及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电站技术的领域。本发明涉及一种组合式发电站设备，该设备具有：燃气涡轮机与电网之间的电子去耦装置或电子的变频装置，以及直接通过发电机连接到电网上的蒸汽涡轮机，本发明还涉及一种用于运行这种发电站的方法。

背景技术

大型发电站设备的功率范围大于100MW，在这些发电站设备中，产生电流的发电机由燃气涡轮机和/或蒸汽涡轮机驱动并且产生的电功率被馈送到具有预设的电网频率(例如50或60Hz)的电网中，这些发电站设备通常具有在涡轮机的(机械的)转速与电网频率之间的固定耦合。发电机的输出端通过电网连接部与电网频率固定地(frequenzstarr)连接，而其由涡轮机或者直接地(1-轴设备)或者通过机械变速器(Getriebe)转速耦合地驱动。发电站设备的这种配置在图2和3中极其简化地表示。借助于变速器，仅仅可在电网频率与涡轮机之间实现固定的变换比。但也可以考虑如下的解决办法，其中发电机由动力涡轮机驱动，该涡轮机可以以一种与原本的燃气涡轮机不同的转速运行。

图2以极其简化的示图示出已知类型的发电站设备10′，该发电站设备借助于燃气涡轮机12以及借助于蒸汽涡轮机24产生电流并且将电流馈送至电网21中，燃气涡轮机12带有耦合的第一发电机18而蒸汽涡轮机24带有耦合的第二发电机8。燃气涡轮机12和发电机18通过共同的轴19相连接并且构成了涡轮机系(Turbinenstrang)11。燃气涡轮机在最简单的情况下包括压缩机13，该压缩机通过空气入口16吸入并且压缩燃烧用空气。压缩机13可以由多个相继连接的分压缩机组成，这些分压缩机在升高的压力水平上工作并且在需要时能够实现压缩空气的中间冷却。在压缩机13中压缩的燃烧用空气到达燃烧室15中，通过燃料供给17将液态的(例如油)或气态的(例如天然气)燃料喷入该燃烧室中并且在消耗燃烧用空气的情况下燃烧。

从燃烧室15中选出的热气体在后面的涡轮机14中在做功的情况下膨胀并且因此驱动压缩机13和耦合的第一发电机18。当从涡轮机中排出时还是相对较热的排气被输送经过后面的余热蒸汽发生器23，以便在单独的水-蒸汽-循环25中产生用于驱动蒸汽涡轮机24的蒸汽。冷凝器、给水泵和水-蒸汽-循环25的另外的系统出于简化视图的原因未示出。这种燃气涡轮机-和蒸汽发电站的组合被称为组合式发电站。燃气涡轮机24可以与第一发电机18在与涡轮机14相对的侧上耦合；燃气涡轮机12、第一发电机18和蒸汽涡轮机24随后构成了所谓的“单轴传动系”。蒸汽涡轮机24但也可以，如图2中所示地，在单独的轴系60上驱动自身的第二发电机8。对于多轴设备来说，不同的组合是已知的。例如，广泛流行的是所谓的2合1装置，在该装置中，通过两个连接在燃气涡轮机12后方的锅炉(Kesseln)23为具有第二发电机8的轴系60上的蒸汽涡轮机24供给蒸汽。燃气涡轮机12分别布置在具有自身的第一发电机18的涡轮机系11上。类似地，也存在如下的装置，在该装置中，蒸汽被三个或更多的连接在燃气涡轮机12后方的锅炉23利用，以用于驱动蒸汽涡轮机24。

在根据图2的1-轴-燃气涡轮机中，燃气涡轮机12的转速与在第一发电机18中产生的交流电压的频率之间成固定比例，且该频率必须等于电网21的电网频率。在当今常见的、功率超过100MW的大型燃气涡轮机单元中，60Hz的发电机频率或电网频率对应于3600U/min的燃气涡轮机的转速(例如申请人的燃气涡轮机GT24)，并且50Hz的发电机频率对应于3000U/min的转速(例如申请人的燃气涡轮机GT26)。

如果达到了燃气涡轮机12的转速与发电机-或电网频率之间的另一个比例，则根据图3在发电站设备10″中原则上可以在燃气涡轮机12的轴19与第一发电机18(涡轮机系11′)之间插入机械变速器26，该机械变速器通常设计为减速器并且因此能够实现燃气涡轮机12的更高的转速和更小的结构形式。相应的减速器也通常用于运行小型的蒸汽涡轮机。这种机械变速器26然而出于坚固性的原因典型地仅仅用于小于100MW至120MW的功率。在另一方面，每个燃气涡轮机的超过100MW的大功率以及高的效率首先利用相对较慢旋转的1-轴-机器来实现。