Optimierung der Lastdynamik direkt gefeuerter Kraftwerke durch den Einsatz modellbasierter Regelungen

Durch die Veränderung der Stromerzeugungsstrukturen in Europa kommt es zu steigenden Anforderungen an den konventionellen Kraftwerkspark. Für Steinkohlekraftwerke bedeutet dies einen deutlich flexibleren Betrieb, der mit steigenden Brennstoffkosten und geringeren Erlösen zusammenfällt. Ziel dieser Arbeit ist es, am Beispiel einer Referenzanlage leittechnische Optimierungsmaßnahmen zu entwickeln, die die Lastflexibilität verbessern und zugleich mit geringen Kosten umzusetzen sind. Der Fokus liegt dabei auf der Steigerung der Erlösseite durch die Bereitstellung von Regelenergie als Maß für die möglichen Flexibilitätssteigerungen. Als Werkzeug dient das dynamische Simulationsmodell einer Anlage in Apros 6. Das anhand von Messdaten validierte Modell umfasst neben den Kraftwerkskomponenten alle für die Leistungsbereitstellung relevanten Regelkreise. Die Prozessdynamik wird dabei maßgeblich durch das eingesetzte Mühlenmodell definiert. Zunächst wird die Primärregelcharakteristik um eine Abschaltung der Hochdruckvorwärmung durch Schließen des Anzapfungsventils der Hochdruckturbine erweitert. Zusätzlich werden moderne Regelungsstrukturen für die Temperatur- und Leistungsregelung im Kraftwerksbetrieb anhand einer Zustandsregelung diskutiert. Eingesetzt wird dabei ein Luenberger Beobachter als internes Modell der Regelstrecken. Die Auslegung des Beobachters erfolgt nach der Matrix-Riccati-Gleichung. Die Zustandsregler selbst werden durch eine Polplatzierung nach Ackermann gewählt. Für beide Regelkreise ergibt sich eine deutlich gesteigerte Regelgüte mit entsprechendem Robustheitsnachweis. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, wie dynamische Simulationsmodelle das Engineering bei der Entwicklung und Umsetzung von leittechnischen Optimierungsmaßnahmen unterstützen können. Anhand des Vergleichs zu den ursprünglichen Parametrierungen und Schaltungen kann ein deutliches Optimierungspotential hinsichtlich der Anlagenflexibilität durch leittechnische Anpassungen ausgeschöpft werden.