Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Sistemi di regolazione degli impianti turbogas e ciclo combinato Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Evoluzione parco turbogas • Fino a 10 anni fa i gruppi TG erano solo i cicli aperti per il funzionamento di picco (poche migliaia di MVA) • Ad oggi esistono circa 15000 MVA di alternatori mossi da turbine a gas (in ciclo semplice, in ciclo combinato, in impianti di repowering e di cogenerazione) 2 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Presenza di unità Turbogas nella rete elettrica italiana (in ciclo semplice, combinato, ripotenziato) • Effetti positivi • Effetti negativi In rete perturbata In riaccensione di rete 3 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Temperatura allo scarico (diagramma T-s) T Tf Tex Ta Tc Tf Tex Tc Qa Qc IGV Ta Tf ~ Ta + Hci Qc cf Qa s 4 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Temperatura limite allo scarico Tf-lim Tex-lim Tex (Ta) Qa (IGV) Qc Wnom Wg 5 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Schema semplificato impianto turbogas Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 FSR_T _ Fuel T control Variagiri 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR 1 R_vel 7 VCE 4 20 min 5 Ligv Wg Limiti comb. Selettore -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) 1/Statismo 1 s Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 6 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Turbina Wg 1.3 Wf Wf 0 0.5 1 Temperature in °C Tr 3901 Wf 3061 971 L IGV Tx 1 0.005Ta 0 Ta Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 FSR_T Ta 0 273 0.257 Wx L IGV Ta 273 Variagiri Rich -KStatismo Fuel T control -K- f(u) 1 Limite veloc Wg IGV FSR 1 R_vel 7 1 _ 20 1/Statismo Turbine power VCE 4 2 Wf 3 min w f(u) 5 f(u) Limiti comb. Exhaust temperature VCE>FSR 1Selettore Ligv 1 -Ks du/dt f(u) Exhaust flow R_acc 9 Ligv 6 1 s Ligv Wg Wf Tx w Wx Tx 3 2 Tx 3 1 Wg 2 Turbina gas Wx Wx .01 2 w 7 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Anello di regolazione della velocità Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 Regolatore di velocità FSR_T _ Fuel T control Variagiri 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR 1 R_vel 7 VCE 4 20 min 5 Ligv Wg Limiti comb. Selettore -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) 1/Statismo 1 s Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 8 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Anello di regolazione della temperatura Regolatore di temperatura Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 FSR_T _ Fuel T control Variagiri 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR 1 R_vel 7 VCE 4 20 min 5 Ligv Wg Limiti comb. Selettore -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) 1/Statismo 1 s Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 9 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Anello di regolazione dell’accelerazione Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 FSR_T _ Fuel T control Variagiri Regolatore di accelerazione 1 R_vel 7 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR VCE 4 20 min 5 Ligv Wg Limiti comb. Selettore -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) 1/Statismo 1 s Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 10 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Selettore di minimo Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 Selettore di minimo FSR_T _ Fuel T control Variagiri 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR 1 R_vel 7 VCE 4 20 min 5 Ligv Wg Limiti comb. Selettore -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) 1/Statismo 1 s Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 11 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Regolatore Inlet Guide Vanes (IGV) Fuel override bias R_tem 15 Tr 8 FSR_T _ Fuel T control Variagiri 1 Rich -KStatismo Limite veloc IGV FSR 1 R_vel 7 20 VCE 4 min Limiti comb. Selettore 1 s 5 Ligv Wg -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) Regolatore IGV 1/Statismo Ligv 6 1 s -K- VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 12 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Regolatore combustibile Fuel override bias R_tem 15 1 Tr 0.23 8 Regolatore di combustibile FSR_T _ 1 Fuel T control Variagiri 1 Rich -K- 1.5 Statismo VCE 4 min 1/Statismo Limiti comb. 1 s 1.5 5 Ligv Wg -K- du/dt 1 Wf Tx Wg 2 w Wx Tx 3 f(u) Selettore -0.1 Limite veloc IGV FSR 1 20 1 s -K- R_vel 7 Ligv 6 VCE>FSR Turbina gas Wx R_acc 9 .01 2 w 13 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Contributo sezione vapore impianti CC • Potenza disponibile nei fumi Ws Wx Tx Ta Tr Ta • Caldaia in “sliding pressure mode” • Potenza alla turbina a vapore 1 Wgs Ws 1 sThrsg 14 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Schema di regolazione tipico Wmax Wric Wrip Wb ILF prefiss carico Texmis Wmin prefiss.Tex Rtex IGV Tex M Vel FB I R VG RW Pot Qa TG N Qg +Wg +Wg regolazione di velocità f RETE -Wa -Wa regolazione di potenza CARICO 15 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Caratteristica frequenza-potenza Frequenza [Hz] 52 51 Tex-lim 50 Potenza 49 48 Il margine di potenza (eventualmente disponibile) viene completamente eroso dalla riduzione di frequenza Texpicco -4% +2% Wnom 16 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Load rejection in rete perturbata • Possibili cause di fallimento in avviamento manovra LR – apertura valvole ON-OFF (anticipazione del LR a f>47.5Hz) – mancanza di fiamma o alte differenze di temperatura – fallimento apertura serrande by-pass fumi al camino H prevalenza Hn STALLO PER BASSA PORTATA ARIA Caratteristica di resistenza della Turbina (lineare in Qa) Caratteristiche di prevalenza del Compressore (ampiezze quadratiche in Qa) Valvole ON-OFF a =95% Ta Tc Qa Tf Tex Qc Portata aria Qn 2 Qn Qa IGV 17 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Avviamento tipico TG [%] Velocità 100 Temperatura scarico 80 60 IGV 40 20 Combustibile Potenza 0 0 5 10 15 20 25 30 minuti 18 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Impianti turbogas • • • • +Rapidità di risposta (fuori termoregolazione) +Vicinanza ai centri di carico - Limiti di termoregolazione e rampe intervento termoregolazione - Vincoli di combustione Pg tempo costante Pc Pg Pc fmax Pc pendenza costante f’max 2 P’c 19 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione intervento termo limitazione P 0 0 potenza TG: P 0 P1 P2 Pmax Variazione di potenza P variazioni di potenza ammesse: P [%] f max abbassamento di frequenza:f Variazioni di frequenza gruppi TG 80 60 Pmax IGV aperte Pregime 40 IGV chiuse P1 20 0 0 20 40 60 80 100 potenza iniziale TG: P0 [%] 20 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Comportamento carichi spenti 21 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Attacco carico spento su TG Wa 0 1 Wg 2 3 4 5 6 tempo [s] 7 fOO f 22 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Riaccensione di rete tramite isole di carico Isola di carico tipica TG • Semi-isola con TG e carico • Semi-isola con HY e carico • Parallelo tra semi-isole – e carichi comuni HY • Parallelo con altre reti 23 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Attacco carico spento su TG e HY foo Wac W WTG gTG WgHy WHY gHy Wc Wc 24 Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione Attacco carico spento su TG e HY Wa Wg WTG WHY 0 2 4 6 f 8 tempo [s] 10 f OO f ‘ 25
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