Kombivoimalaitoksen joustava käyttö sähkön ja lämmön yhteistuotannossa

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-12-15
Department
Major/Subject
Energiatekniikka
Mcode
K3007
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
62 + 5
Series
Abstract
Sähkön ja lämmön yhteistuotannossa olevalle kaasukombivoimalaitokselle syntyy tarve joustavaan käyttöön, kun sekä sähkön hinta että kaukolämmön kulutus vaihtelevat merkittävästi jopa yhden päivän aikana. Kaikki peruskuormasta poikkeavat ajotilanteet voidaan määritellä joustavaksi käytöksi. Kombivoimalaitoksella voidaan esimerkiksi ajaa minimitehoa tai syklittäistä ajoa säännöllisillä seisokeilla. Kirjallisuuden perusteella syklittäisen käytön ominaisuuksia on parannettu muun muassa lämmöntalteenottokattilan ohituspiipulla ja ylösajojen optimoinnilla. Kaukolämpöverkon joustavuutta on esimerkiksi lämpöakkujen käyttö tasaamaan tuotannon ja kulutuksen vaihtelua. Työssä tutkittiin Vuosaaren voimalaitosten (A ja B) ylösajoja, sekä VuB:n osalta myös kaasuturbiinien minimitehon alentamista ja reduktioajon kehittämisen hyötyjä. Laitoksilta pyrittiin löytämään sellaiset rajoitteet ja toimintatavat, joihin puuttumalla saavutettaisiin joko ajallisia tai rahallisia säästöjä joustavan käytön kehittämiseksi. Aineistona käytettiin laitoksen dokumentaatiota ja keskusteluja toimintatapojen selvittämiseksi, sähkön tuntihintahistoriaa sekä mittauksia voimalaitoksien eri toimintapisteistä. Tutkimus rajattiin teknisiin mahdollisuuksiin ja energiakustannuksiin: syklittäisen ajon vaikutusta kunnossapitoon on syytä arvioida vielä tarkemmin. Tutkimuksessa havaittiin useita mahdollisia tapoja kehittää joustavan käytön ominaisuuksia Vuosaaren voimalaitoksilla. Ensisijaisina toimenpiteinä suositeltiin toimintatapojen täsmällisempää kuvausta vaihtelujen vähentämiseksi, ja pyrkimystä käynnistyksissä muodostuvan lämpöenergian tehokkaampaan talteenottoon. VuB:n reduktioajon toimintavarma mahdollistaminen olisi investointina hyvin kannattava. Kaasuturbiinien minimitehoa voisi höyryprosessin kannalta alentaa, ja siitä voi saada taloudellista hyötyä, mutta muutos vaatii vielä lisäselvityksiä. Myös käynnistysten lämmitysvaiheiden nopeuttamiseen tähtääviä toimenpiteitä tutkittiin. Reduktioajon ja minitehon alentamisen ohella myös syklittäinen käyttö voi nykyisilläkin hinnoilla tarjota tasaista ajoa parempia tuottomahdollisuuksia myös yhteistuotannossa.

A combined cycle gas turbine power plant (CCGT) in combined heat and power (CHP) production has to be used flexibly when heat consumption and electricity prices vary daily. Flexible use means all other working points than base load. For example, a CCGT plant can be operated on minimum power or cyclic. Based on literature, cyclic operation features have been improved by optimizing start-ups and by using a stack bypass in parallel with heat recovery steam generator. The flexibility of district heating system can be increased by using heat accumulators. In this thesis, the start-ups of Vuosaari power plants (A and B) were studied. Gas turbine minimum power reduction and reduction operation of steam cycle were also studied regarding Vuosaari B. The goal was to find constraints and procedures which limit the flexible use and propose actions to improve flexible features to either save time or reduce costs. Power plant documentation, interviews, electricity market price data and power plant measurements were used. The topic was limited to technical possibilities and energy prices so that cyclic operation effects on maintenance have to be studied separately. Several possibilities to improve flexible operation features at Vuosaari were discovered. More accurate start-up descriptions and more efficient heat recovery during start-ups are suggested. The reduction operation of VuB proved to be profitable. Gas turbine minimum power could be lowered profitably but additional analysis is required. Some options for accelerating component heating were also studied but they were categorized as secondary options. In addition to cost-effective investments, cyclic use might offer extra revenues even with current electricity prices and variations.
Description
Supervisor
Lampinen, Markku
Thesis advisor
Lampinen, Taneli
Keywords
yhteistuotanto, CHP, kombivoimalaitos, CCGT, kaukolämpö, sähkömarkkinat
Other note
Citation