Bei der intelligenten Modernisierung von Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerken ist „kein menschlicher Eingriff“ nur der Anfang, „optimale Energieeffizienz“ das eigentliche Ziel. Kürzlich gab es einen Erfolgsbericht über die Forschung zum automatischen An- und Abfahrsystem (APS) für den täglichen An- und Abfahrbetrieb zur Spitzenlastregelung von Block 6 des Huaneng Nanshan Kraftwerks. Das Projekt, eigenständig entwickelt von der Huaneng Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd. (im Folgenden „Xi'an Thermal Power Research Institute“) und vor Ort umgesetzt vom Huaneng Nanshan Kraftwerk, erzielte einen historischen Durchbruch bei der Ansaldo F-Klasse-Gasturbine in China: sowohl „null manuelle Eingriffe“ als auch „deutlich reduzierte Energieverbräuche“ während des An- und Abfahrprozesses.
Besonders erwähnenswert ist, dass dieses APS-System nicht bei der reinen Automatisierung stehen blieb. Durch tiefgreifende logische Neustrukturierung und fein abgestimmte Prozesssteuerung wurde auf Basis der „Null Eingriffe“ eine enorme Steigerung der An- und Fahr-Effizienz sowie eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs erreicht. Der Kernwert dieses APS-Systems liegt nicht darin, „den Menschen zu ersetzen“, sondern darin, das Betriebspersonal von den tausenden sich wiederholenden Handgriffen und der hochintensiven Überwachung mehrerer Systeme während der An- und Abfahrphase zu befreien. Gleichzeitig entspricht die erfolgreiche Anwendung des Systems den nationalen Anforderungen zur Förderung von „KI+“-Industrieszenarien und zur Entlastung und Effizienzsteigerung an der Basis durch digitale Technologien.
Mehr als „Personaleinsparung“:
Das Personal an der Basis von repetitiver Arbeit befreien
Früher musste das Betriebspersonal während des An- und Abfahrens der Anlage hunderte von Knotenpunkten überwachen, manuell die Speisewasserventile einstellen, Bypässe umschalten und Schalter schließen. Allein für das Anfahren waren tausende Handgriffe nötig. „Man hatte nicht einmal Zeit zum Trinken, die Anspannung war enorm, aus Angst, ein einziger falscher Mausklick könnte den gesamten Anfahrvorgang beeinträchtigen“ – das ist die gemeinsame Erfahrung vieler Betriebsmitarbeiter. Jetzt verwandelt dieses APS-System den gesamten Prozess in eine integrierte Logik: Vom Befüllen des Kessels mit Wasser, über das Zünden der Gasturbine, das Hochfahren der Dampfturbine bis hin zur Netzsynchronisation und Lastaufnahme – jeder Schritt wird automatisch vom Computer gemäß dem vorgegebenen optimierten Pfad ausgelöst. Selbst das An- und Abstellen der geschlossenen Kühlwasserpumpe und die Einstellung des Speisewasserregelventils am Trommelkessel werden dynamisch an die Hauptparameter angepasst, ohne dass ein manueller Eingriff erforderlich ist.
Harte Daten bestätigen:
Der Code für „niedrigen Energieverbrauch“ hinter „Null Eingriffen“
Was das Personal an der Basis noch mehr überzeugt, ist, dass dieses APS-System nicht nur „die Arbeit für den Menschen erledigt“, sondern auch „genau kalkuliert“. Früher wurden beim An- und Abfahren aus Sicherheitsgründen die Parameterreserven großzügig bemessen, was den Erdgasverbrauch stets hoch hielt. Bei dieser Entwicklung hat das Forschungsteam gezielt die „Energieeinsparung“ in die Steuerungslogik integriert: Durch die Optimierung von sechs Kernalgorithmen, wie der Koordination von Rauchgastemperatur und Last, der dynamischen Anpassung des Bypasses und der vorausschauenden Steuerung der Einspritzkühlung, wird der thermodynamische Kreislauf während des An- und Abfahrens stets auf dem „wirtschaftlichsten Pfad“ gehalten. Die erfolgreiche Inbetriebnahme dieses APS-Systems an Block 6 des Huaneng Nanshan Kraftwerks liefert einen hervorragenden Beleg für die Verbindung von „Automatisierung und niedrigem Energieverbrauch“:
Schnelle Reaktion, deutlich verbesserte Spitzenlastregelungsfähigkeit. Dank der fein abgestimmten Steuerung beträgt die Anfahrzeit vom Zünden der Gasturbine bis zum Erreichen einer Last von 220 MW 54 Minuten, eine Verkürzung um 20 Minuten oder 27 % gegenüber dem üblichen Wert; die Zeit zum Abfahren von 220 MW bis zum Netztrennen der Gasturbine beträgt 11 Minuten, eine Verkürzung um 8 Minuten oder 42 %. Diese Fähigkeit zum „schnellen An- und Abfahren“ steigert die Wettbewerbsfähigkeit von Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerken bei der Teilnahme an der Netzspitzenlastregelung erheblich.
Präzise Kalkulation, bemerkenswerte Energie- und Verbrauchseinsparungen. Ein einzelner An- und Abfahrzyklus spart 4.500 Nm³ Erdgas. Hochgerechnet auf 150 An- und Abfahrzyklen pro Jahr und Block können die CO₂-Emissionen um etwa 1.250 Tonnen pro Jahr reduziert werden. „Das bei 150 An- und Abfahrzyklen pro Jahr und Block eingesparte Erdgas, umgerechnet in Stromerzeugung, entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von 1.250 Haushalten“, rechnete der Schichtleiter des Huaneng Nanshan Kraftwerks anschaulich vor.
Vom „Pilotprojekt“ zum „Musterbeispiel“:
Den Weg für gleichartige Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerke ebnen
„Das Praktischste an dieser Entwicklung ist, dass die Betriebserfahrung an der Basis in eine reproduzierbare Standardlogik umgewandelt wurde, keine ‚Show‘“, sagte der Projektleiter des Xi'an Thermal Power Research Institute. Derzeit liegt dieses optimierte APS-Konzept als standardisiertes Logikmodul vor. Es kann nicht nur auf andere Blöcke des Huaneng Nanshan Kraftwerks übertragen werden, sondern auch als technische Referenz für die große Anzahl bestehender Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerke in China dienen.
Ein Verantwortlicher des Huaneng Nanshan Kraftwerks erklärte, dass das Kraftwerk gemeinsam mit dem Xi'an Thermal Power Research Institute weiter an den Systemdetails feilen werde, um das Modell „Null Eingriffe + tiefe Energieeinsparung“ als langfristigen Mechanismus zu etablieren. Ziel sei es, das Ziel der „Mensch-Maschine-Kooperation, Effizienzsteigerung und beherrschbaren Sicherheit“ zu erreichen und so die grüne, effiziente und intelligente Entwicklung des Unternehmens zu unterstützen.