Wiederherstellung der zuverlässigen Spitzeneffizienz von Kraftwerken

Zwei Peaker-Kraftwerke im Süden der USA fanden die Erfahrung und das Know-how eines erfahrenen Anbieters von rotierenden Anlagen bei der Modernisierung eines Steuerungssystems und einem Generator-Neuwicklungsprojekt unentbehrlich.

Jedes Jahr sind die Stromnetze immer stärkeren Auswirkungen des Klimawandels ausgesetzt, sei es durch Schneestürme, eisige Winterbedingungen oder sengende Hitzewellen im Sommer. Anfang September 2022 bildete sich ein Hitzedom über der Westküste der USA und brachte Temperaturen, die Rekordhöhen aller Zeiten erreichten. Die extreme Hitze löste Waldbrände aus und belastete das Stromnetz, bevor ein tropischer Sturm aufzog und für Abkühlung sorgte. Nur wenige Monate später erschütterte ein arktischer Ausbruch im Februar 2023 die Rekorde im Nordosten, einschließlich einer Windkälte von -108 °F, und belastete die Stromversorgung der Region erheblich.

Wenn es zu einem solchen drastischen Temperaturanstieg oder -abfall kommt, steigt der Energieverbrauch schlagartig an, da die Menschen auf ihre thermostatgesteuerten, beheizten oder klimatisierten Häuser zurückgreifen, um dem ungemütlichen Wetter zu entgehen. Aber wenn alle Heizungen oder alle Klimaanlagen eingeschaltet sind, müssen die Stromnetze überall Überstunden machen, um unsere Energiequellen online zu halten. Und manchmal kann die Belastung für das Netz zu groß sein.

Geben Sie „Spitzenkraftwerke“ oder kurz „Peakers“ ein. Peaker nutzen im Allgemeinen Gasturbinen, um zusätzlich zum Strom, den Grundlastkraftwerke liefern, vorübergehend Strom in das Netz einzuspeisen. Grundlastanlagen erzeugen in der Regel das ganze Jahr über den ganzen Tag über Strom auf einem relativ konstanten Niveau, während Spitzenlastanlagen über einen kurzen Zeitraum hochgefahren und dann wieder abgeschaltet werden, typischerweise weniger als 1.500 Stunden pro Jahr – und einige können sogar nur 250 Stunden in Betrieb sein pro Jahr.

Zuverlässigkeit ist ein absolutes Muss für diese Peaker, um ihre Rolle als Notfallplan eines Stromnetzes zu erfüllen und dabei zu helfen, die Nachfrage während eines dramatischen Anstiegs der Nutzung nicht nur zu decken, sondern aufrechtzuerhalten. Daher ist die Wartung und Instandhaltung von Spitzenkraftwerken von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass sie bei Bedarf schnell in Betrieb gehen können. Sich nicht um das schlecht konfigurierte Steuerungssystem oder den defekten Generator einer Spitzenlastanlage zu kümmern, kann den Unterschied zwischen einer vertrauenswürdigen Notstromquelle oder einem dramatischen Ausnahmezustand ausmachen.

In diesem Artikel wird detaillierter darauf eingegangen, wie Anlagenbetreiber in zwei verschiedenen Spitzenlastanlagen mit einem externen Anbieter von rotierenden Anlagen – EthosEnergy – zusammengearbeitet haben, um ähnliche Betriebsprobleme zu lösen. Um ein höheres Maß an Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten und ihrer Verpflichtung als redundante Energiequelle nachzukommen, ergriffen beide Kraftwerke proaktive Maßnahmen, um ihre Kapazitäten zu verbessern, bevor es zu einer Krise kam.

Eine Peaker-Anlage mit mehreren Einheiten in Texas kontaktierte den Anbieter von rotierenden Anlagen und erkundigte sich nach den Fähigkeiten und Lösungen des Steuerungssystems. Die Anlagenmanager fragten sich, ob EthosEnergy irgendetwas tun könnte, um die Probleme der Anlage hinsichtlich Leistung und Zuverlässigkeit zu überwinden. Auf der Website traten erhebliche Zuverlässigkeitsprobleme auf und die erforderlichen Startzeiten oder Ausgabeanforderungen wurden nicht erfüllt. Da es sich um eine Anlage mit Spitzenauslastung handelte, musste sie Strom kaufen, um vertragliche Verpflichtungen zu erfüllen, und das Personal aufstocken, um Betriebsprobleme zu beheben.

Der Dienstleister für rotierende Anlagen führte eine Beurteilung vor Ort durch und stellte fest, dass das Steuerungssystem einen wesentlichen Faktor für die Zuverlässigkeitsprobleme der Anlage darstellt. Anschließend begannen die Techniker mit der Behebung des Problems, indem sie die Einheiten aus der Ferne überwachten und Anlagengesundheits- und Diagnosebewertungen (Motorleistung) durchführten.

Der Kunde erteilte EthosEnergy einen Kaufauftrag und leitete einen Ausfall ein, um die Probleme zu beheben. Die Steuerungstechniker des Anbieters modernisierten die Turbinen- und Balance-of-Plant-Steuerung (BOP) und korrigierten unter anderem Probleme mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), Stromverteilungs- und Verkabelungsproblemen (Abbildung 1). Der Umfang umfasste auch die Neukonfiguration vorhandener Hardware und bei Bedarf die Aufrüstung/Ersetzung der Hardware.

1. Eine Modernisierung des Steuerungssystems in einer Peaker-Anlage in Texas verbesserte unter anderem die Startzuverlässigkeit, erhöhte die Leistung und sorgte für eine stabilere Leistung. Mit freundlicher Genehmigung: EthosEnergy

Alle durchgeführten Upgrades entsprachen einer wiederholbaren Standardlösung, während die ursprüngliche Konfiguration sehr ad-hoc war. Die Ausfallverpflichtungen wurden eingehalten und der Kunde hat den Anbieter von rotierenden Anlagen weiterhin mit der langfristigen Fernunterstützung beauftragt.

Durch die Zusammenarbeit mit EthosEnergy erhöhte sich die Startzuverlässigkeit der Peaker-Anlage erheblich und die Leistungsabgabe stieg um mehr als 2 % pro Einheit. Der Anbieter von rotierenden Ausrüstungsdiensten löste Probleme bei der Synchronisierung mit dem Netz, um einen 10-minütigen Start bis zur Volllast zu ermöglichen. Turbinensteuerungen sorgen jetzt für eine stabile Leistung und einen wiederholbaren Start. Systemhandbücher und Zeichnungsdokumentationen wurden mit zusätzlichen Inhalten aktualisiert und verbessert sowie umfangreiche Schulungen vor Ort während der Inbetriebnahme durchgeführt. Die Anlage hat eine enorme Kapitalrendite erzielt, da die Einheiten während der Winterstürme in Texas im Jahr 2021, einer kritischen Zeit des Stromerzeugungsbedarfs, insgesamt mehr als 180 Stunden lang in Betrieb waren.

Da die Saison mit hoher Nachfrage immer näher rückt, musste ein Kraftwerk in Louisiana, das seinen Höhepunkt erreicht, in erstklassigem Zustand sein. Für diese Spitzenlastanlage war es von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass sie bis zum Beginn der Sommersaison mit voller Betriebskapazität laufen kann.

Leider kam es beim Peaker zu einer Auslösung eines GE Frame 7A6-Generators, der an einer seiner Gasturbinen angebracht war, was ein großes Problem verursachte. Der Generator war seit etwa anderthalb Jahren starken Vibrationen ausgesetzt, doch Anfang März 2021 begannen diese Vibrationen, das Gerät auszulösen. Da die Einheit für die Stromerzeugungskapazität von entscheidender Bedeutung war, beschloss das Kraftwerk, eine Rotorumwicklung des Generators in Auftrag zu geben. Es musste jedoch ein Partner gefunden werden, der in der Lage war, einen engen Termin einzuhalten und in weniger als 60 Tagen betriebsbereit zu sein. Wenn die Anlage bis zum 1. Mai dieses Jahres nicht online wäre, würden dem Unternehmen im Rahmen seines Stromvertrags erhebliche finanzielle Strafen drohen.

Aufgrund der enormen Dringlichkeit sandte das Peaking-Werk am 5. März eine Unterstützungsanfrage an externe Anbieter von rotierenden Ausrüstungsdiensten, die bis zum 9. März zurückgeschickt werden sollte. Es herrschte starker Wettbewerb, fünf Bieter waren im Spiel. Ein Hauptanliegen des Peaker-Managements war die Einhaltung der Frist vom 1. Mai. EthosEnergy war zuversichtlich, dass dies erreicht werden könnte. Darüber hinaus konnte der Anbieter von rotierenden Anlagen auch Kosten für die Anlage sparen, wenn die Spitzenlast ausgelastet war, indem er die Montagearbeiten in einer einzigen Schicht durchführte.

Am 11. März erteilte der Kunde EthosEnergy mündlich den Auftrag zur Generatorrückwicklung. Innerhalb von nur vier Tagen mobilisierte der Anbieter sein Außendienstteam und vergab den benötigten Kran an Dritte. Anschließend zerlegte der Anbieter von rotierenden Anlagen die Einheit vollständig und transportierte den Generator zu seinem Werk in Farmington in New Mexico. Dort zerlegten Arbeiter den Rotor, entfernten das Kupfer und zerlegten ihn bis auf das blanke Metall. Anschließend untersuchten und korrigierten sie den Fehlermechanismus und installierten eine neue Isolierung.

Nachdem das Gerät in der Werkstatt des Anbieters wieder zusammengebaut worden war, wurden ein Hochgeschwindigkeitsausgleich und ein Wärmelauf durchgeführt. Dadurch konnte der Anbieter gegenüber der Peaking-Anlage bestätigen, dass die Vibrationsprobleme, die zuvor vor Ort aufgetreten waren, nicht erneut auftreten würden. Das Gerät balancierte schnell und lag über den gesamten Drehzahlbereich von null bis 3.600 U/min deutlich unter den Branchenzielen von 2,5 Millimetern/Sekunde (mm/s). Das erreichte Endgleichgewicht betrug 0,5 mm/s.

Durch die Zusammenarbeit mit EthosEnergy konnte der Rotor (Abbildung 2) am 28. April, drei Tage vor Ablauf der Frist, wieder vor Ort sein und mechanisch zusammengebaut werden. Aufgrund seiner Erfahrung und seines Wissens im Umgang mit solchen Problemen dauerte die Projektdurchführung von Anfang bis Ende nur 45 Tage. Dies war bis zu zehn Tage schneller, als viele Experten normalerweise für die Abwicklung eines Projekts dieser Art erwarten – insbesondere während der Saison mit hohen Hitzeausfällen in den USA

2. Aufgrund starker Vibrationen war in einem Peaker-Kraftwerk in Louisiana eine Generatorrückwicklung erforderlich. Die Arbeit wurde in nur 45 Tagen erledigt, wodurch die Zuverlässigkeit verbessert und die Leistung wiederhergestellt wurde, während gleichzeitig die Lebensdauer des Generators um 20 Jahre verlängert wurde. Mit freundlicher Genehmigung: EthosEnergy

Der Anbieter von rotierenden Ausrüstungsdienstleistungen sparte der Peaker-Anlage außerdem etwa 15 % der Wartungsausgaben, indem sie nur in einer Schicht arbeitete. Der Peaker verfügte nun über eine Einheit, die während der Hauptsaison zuverlässig mit voller Kapazität laufen würde, und die Generatorrückwicklung verlängerte den Lebenszyklus um 20 Jahre, verbesserte die Zuverlässigkeit um etwa 80 % und die Leistung konnte von 60 MW wieder auf die erwarteten 93 MW gesteigert werden.

Seit der Installation läuft die Einheit der Peaker-Anlage außergewöhnlich gut und ohne Betriebsprobleme. Dem Anbieter von rotierenden Ausrüstungsdienstleistungen ist es gelungen, auf diesem ersten Auftrag aufzubauen und eine solide Beziehung zum Kunden zu festigen, was zu erfolgreichen Angeboten für weitere Projekte im Peaker-Werk führte, einschließlich der Durchführung von Tests an drei identischen Einheiten und der Aufstellung eines Plans für zukünftige Reparaturen.

Das Stromnetz ist stärker als je zuvor auf Peaker angewiesen, um den Energieverbrauch als Reaktion auf ungeplante Situationen aufrechtzuerhalten. Was auch immer der Bedarf ist, ob klimabedingt oder nicht, die Zusammenarbeit mit einem vertrauenswürdigen Dienstleister, der dabei hilft, sicherzustellen, dass der Betrieb seine maximale Leistung erbringt, bevor ein Problem auftritt, ermöglicht es Kraftwerken, ihren Kunden zuverlässige Dienste zu bieten, wenn sie am dringendsten benötigt werden.

—Chris Wilkinson ist Senior Vice President für Wachstum bei EthosEnergy.

Teile diesen Artikel

Weitere Gasnachrichten

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien hat viele Vorteile für die Umwelt, aber die Einspeisung großer Mengen weit verstreuter erneuerbarer Ressourcen in ein Netz …

Angesichts der ständig steigenden Anforderungen an schnelles Hochfahren und Flexibilität erobern erdgasbetriebene Kraftwerke einen immer größeren Anteil der…

Das Stanton Energy Reliability Center ist ein einzigartiges Hybridkraftwerk, das jeweils zwei GE LM6000-Gasturbinen umfasst.

Ein stabiler Netzbetrieb ist eine Herausforderung, insbesondere wenn intermittierende und unvorhersehbare erneuerbare Energien zum Erzeugungsmix hinzugefügt werden.…