混合發電廠的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混合發電廠，包括至少一個渦輪電廠和至少一個儲能裝置，還包括運行這樣的一個混合發電廠的一種附屬方法。
【背景技術】
[0002]一個電網的運行需要的能量由多個不同種類的發電廠提供，例如，核電廠、燃煤電廠、天然氣電廠、風力發電廠、沼氣發電廠或太陽能發電廠，所有這些電廠都為非本地電網提供能量。非本地電網是輸電網，舉個例子，例如那些在德國的輸電網，如Ampr1n, 50Hertz, Tennet and TransnetEnBW。這些輸電網是歐洲互聯電網的一部分。
[0003]直到現在，50Hz的電網頻率被使用在這些電網中，目的是使電網穩定。可再生能源的使用范圍內，有一種減小渦輪電廠數量的趨勢(這里涉及帶有渦輪的動力裝置，用于產生能量并將它輸入電網中)。結果，相應地，會有更少的渦輪電廠為電網提供電能，因此相應地會對電網頻率有著更小的影響。當電網中的負載增加時，渦輪電廠的渦輪機軸被減速，以便釋放能量，因此正常的，電網頻率降低。相反，當負載減少時，渦輪的轉速增加，因此，電網頻率也增加。但是，當大部分電網逆變器在電力生產期間使用可再生能源，例如風力發電廠、沼氣發電場或太陽能發電廠，那么功率大小不再影響頻率，這使得開關渦輪電廠不再根據電網頻率的增加和降低來打開和關閉開關。在此情況下，電網不再通過改變電網頻率來響應負載狀態的改變，但是，電網逆變器在過載的情況下突然被關斷，可能會導致全網停電(主電網電源中斷)。
[0004]在該【背景技術】之前，就期待有能夠抵御電力中斷(停電)的電網了，即使是在渦輪電廠數量降低的情況下。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提出一種合適的發電廠及一種附屬方法，用于為非本地電網提供電能，以改善非本地電網中針對突然停電(斷電)的安全性。
[0006]該目的是由為非本地電網提供能量的一混合發電廠實現的，包括至少一渦輪電廠和帶有一個或多個儲能模塊的至少一儲能裝置，其中渦輪電廠與非本地電網連接，用于輸入電能，且包括一監測單元，用于根據一特定轉速特征量監測渦輪的轉速，至少是在能量被輸入非本地電網時，其中，儲能裝置與非本地電網獨立連接，或者通過渦輪電廠連接，其中，監測單元與附屬儲能裝置的一控制單元連接，用于基于特定轉速特征量通過一數據連接傳輸一特征量信號給控制單元，儲能裝置的控制單元以這種方式設置一一為響應特征量信號一一以便如果渦輪的轉速下降，它引起了儲能裝置能夠給非本地電網提供額外能量。
[0007]通過增加帶儲能系統的渦輪電廠，其中儲能系統與渦輪電廠連接，以這種方法，如果渦輪的轉速下降，儲能系統將能量輸入非本地電網，渦輪轉速因非本地電網中的外部負載導致的下降，比沒有額外增加的儲能裝置的情況的下降要慢的多。根據額外輸入的電量，渦輪的轉速也可以再次被提高至目標值。以這種方式，作為一個總系統的混合發電廠的總慣性被增加，并且因而，它朝著外部動作，好似回轉質量(渦輪)被增加了。因此，沒有實際的額外質量，剩余的渦輪的穩定效應可以被改善，而不必為此使用電網頻率的控制參數。因此，該混合發電廠可以使用相同的穩定效應，即使是缺少混合發電廠的頻率調整，由于有非本地電網的電網頻率，因而改善了在非本地電網中對于所謂停電的安全性，其中非本地電網具有基于可再生能源的大量電廠，這些電廠通過有恒定電網頻率的電網逆變器向非本地電網中注入能量，因此之前在基于電網頻率的波動的渦輪電廠的共同調節是不可能的，或者至少是困難的，由于未使用根據本發明提供更多解決方法，斷電的風險會上升。而且，鑒于本發明提出的混合發電廠，在電廠有電網逆變器的情況下，免除重新給系統裝備所謂的虛擬同步機的需要是可能的。如果沒有基于本發明的混合發電廠，有電網逆變器的電廠，特別是基于再生能源發電的發電廠，例如風力發電廠或太陽能發電廠，不得不配備這樣的虛擬同步機，使得這些電廠可以被平滑地結合至電網中，用于基于電網中確定的電網頻率保持所有渦輪發電廠的整體控制。因此，本發明提出的混合發電廠也使得通過電網逆變器與非本地電網連接的電廠的使用更為有利，而不需要所謂的虛擬同步機。進一步地，與非本地電網連接的儲能系統同樣的也不需要用于電網連接的虛擬同步機。
[0008]所以，有了本發明以后，非本地電網或互聯電網中的供電可靠性和電網質量得到了保證。精確地，正極和負極能量供應的可能性(向電網輸入能量或從電網獲取能量)保證了對現有電網狀態的靈活響應，其中電網狀態通過渦輪發電廠的渦輪轉速間接確定。使用儲能裝置，依靠渦輪發電廠和儲能裝置之間的相互作用，非本地電網的需求被有效的滿足。由于本發明的儲能系統，可再生能源的技術提升和金融實用性提升也可以實現，非本地電網中的調整可以被簡化。
[0009]此處，術語“非本地電網”指的是跨地區大范圍的電力網(以下簡稱電網)。輸電網(公共電網)是非本地電網的例子。舉個例子，德國的公共電網由四個輸電網組成，由網絡運營商Ampr1n，50Herz, Tennet and TransnetEnBW運營。這四個輸電網一起形成了德國的互聯電網。在其它國家，對應的輸電網由其它電網運營商運營。個別國家的高級歐洲互聯電網由附屬輸電網組成，其也應同樣的該被視為一種非本地電網，但是，現在只規定了運行儲備的標準。
[0010]術語“渦輪發電廠”指的是帶有渦輪機的電廠。舉個例子，這樣的電廠是適合用于將運行儲備(也被稱為備用功率或備用容量)輸入電網，以提供用戶精確要求的電功率。出于這個目的，短期功率自適應可以在渦輪發電廠中執行，因為快啟動電廠(比如燃氣輪機電廠)被啟動或是因為抽水儲能電廠被使用。運行儲備是能量規定的范圍內需要的瞬態功率的一部分，用于抵消損失，并且為了補償輸入功率和輸出功率之間的差異。可調整電廠用于在非本地電網內提供一主要和次要運行儲備。主要運行儲備用于補償物理的電能和電力需求之間的不平衡，用于恢復一穩定的電網頻率。，次要運行儲備用于在出現差值后恢復物理的電能和電力需求之間的平衡，因此，與主要調節相比，僅在特定調控區域內的情況下——包括與其他調控區域的功率交換——被考慮在內。正如本發明中闡述的，術語“渦輪發電廠”，舉個例子，指的是燃煤發電廠、燃氣輪機發電廠、核電廠或抽水儲能發電廠。所有這些電廠都通過渦輪與電網連接。
[0011]此處術語“渦輪”指的是一種發電渦輪機將流動介質(液體或氣體)的內能轉換為旋轉能且最終——通過一發電機——轉換為電能。然而工作在每分鐘3000或3600轉的蒸汽渦輪，正常情況下在大型常規電廠中使用(舉個例子，燃煤或燃氣發電廠)，核電廠通常使用工作在每分鐘1500或1800轉的飽和蒸汽渦輪。在此實現了最高發電輸出，它經常大于1000MW。渦輪發電電廠(帶有一個或多個獨立電廠機組)可以包括一個或多個獨立渦輪，用于產生電能并將其輸入非本地電網。當電網中的負載增加，可調節電廠的渦輪機的渦輪機軸被減速(渦輪的轉速下降)，以釋放能量。相反，當負載減少時，渦輪的轉速提升。
[0012]術語“監測單元”指的是能夠在特定轉速特征量基礎上監測禍輪轉速的任何單元。術語“特定轉速特征量”指的是直接表示轉速的物理量，或者由轉速間接表示的物理量。這樣的特定轉速特征量，比如為渦輪轉速本身、渦輪頻率或渦輪輸出口處的電網頻率。通過轉速和特定轉速特征量之間的對應關系，特定轉速特征量的改變代表了轉速的提升或下降，這取決于所選擇的特性量。在本發明的范圍內，本領域技術人員也可以選擇其他合適的特定轉速特征量。監測單元可以是，比如說，一種包括測量單元的設備，用于確定特定轉速特征量，以及一處理器，如果可應用于此，還可以包括用于評估、記錄和傳輸特定轉速特征量的額外部件。在另一個實施例中，監控單元還可以與一個或多個這樣的測量單元連接。處理器可以計算轉速，舉個例子，來自于特定轉速特征量的轉速，以此為根據，正確的算法在處理器中被執行。轉速可以在處理器中與一目標轉速比較，因此確定了渦輪轉速的升高與下降。或者，特定轉速特征量可以與代表目標轉速的目標值相比較。渦輪轉速的升高和下降是基于特定轉速特征量與一目標值的偏差確定的。
[0013]渦輪轉速的下降(例如低于一第一閾值)表示所連接的電網中有高負載，高負載難以或根本不能由在那刻向非本地電網內提供電能的發電廠承擔(渦輪發電廠和所有其它電廠，例如風電場和太陽能電廠)。這種不平衡的持續可能導致全局電網故障(斷電)。在通過一電網逆變器給非本地電網供電的電廠數量眾多的情況下(例如風力發電廠或太陽能發電廠)，電網頻率本身是無法精確檢測的，這是因為參數被以一恒定頻率供電的電網逆變器所屏蔽，以至于渦輪發電廠沒有用于運行儲備的控制參數。在本發明中，使用渦輪轉速的特定轉速特征量的監測作為用于渦輪發電廠的調控參數，并且這代替了非本地電網內對總電網頻率的調控。但是，由于這些渦輪發電廠不能足夠快速的滿足參數改變，根據所傳輸的渦輪轉速控制的儲能裝置，被作