Die Komponente Dampfturbine
Mit der Komponente Dampfturbine wird die Elektrizitätserzeugung durch die energetische Entwertung eines Dampfstroms simuliert.
Komponentenvorlage
Die Komponentenvorlage Dampfturbine.e-ctpl befindet sich im Komponentenvorlagen-Ordner Dampfversorgung.
Einbindung in ein Schema
Eingabedaten
In dem Formular Eingabedaten der Dampfturbine (siehe folgende Abbildung) müssen die elektrische Nennleistung und entweder der Nennumwandlungsgrad (elektrische Nennwirkungsgrad) oder die Nennantriebsleistung bzw. der Nenndampfstrom eingegeben werden, um das Verhältnis der elektrischen zur thermischen Nennleistung zu bestimmen.
Abhängig von der Festlegung der Energieumwandlung können Sie unter Auslegungsgrößen die Eingabegröße wählen:
Die thermische Leistung entspricht der Differenz aus eintretendem und austretendem Enthalpiestrom.
Das Teillastverhalten kann im Drop-down-Menü unter Festlegung der Energieumwandlung vorgegeben und mit einer Kennlinie hinterlegt werden.
Die Ein- und Austrittszustände werden in den vor- bzw. nachgeschalteten Zustandsvorgabe–Komponenten bestimmt.
Ausgabedaten
In den Ausgabedaten (siehe folgende Abbildung) findet man die üblichen Angaben.
Außerdem wird der Isentrope Wirkungsgrad \( \eta_{isentropic}\) berechnet, der das Verhältnis der tatsächlichen thermischen Leistung zur idealen thermischen Leistung beschreibt. Ideal heißt hier die isentrope Entspannung der Turbine (Wirkungsgrad = 1).
Wird ein Wirkungsgrad größer 1 berechnet, erscheint die Warnung:
Der isentrope Wirkungsgrad ist größer 1. Bitte überprüfen Sie die Plausibilität der Dampfzustände.
Der isentrope Wirkungsgrad wird als das Verhältnis der tatsächlichen zur idealen spezifischen Enthalpiedifferenz \(h\) berechnet (siehe folgende Gleichung). Der ideale Austrittszustand wird durch die reale Austrittstemperatur \(T_{Austritt}\) und die gleiche spezifische Entropie wie am Eintritt \(s_{Eintritt}\) bestimmt (isentrop = keine Veränderung in der Entropie).
\( \eta_{isentropic} =\frac{h_{Eintritt} – h_{Austritt,real}}{h_{Austritt} -h_{Austritt, ideal}} \),
\( h_{Austritt, ideal} = h(T_{Austritt},s_{Eintritt})\)Mehrstufige Dampfturbinen
Mehrstufige Dampfturbinen werden aus der Kombination von einzelnen Turbinenkomponenten gebildet. Auf diese Weise kann jede Variation (mit Zwischenüberhitzung, Seitenentnahme etc.) modelltechnisch abgebildet werden. Die folgende Abbildung zeigt eine zweistufige Dampfturbine mit Seitenentnahmestrom, modelliert aus den Komponenten Dampfturbine und Ventil-Trenner.
Im Ventil kann der abnehmbare Seitenstrom auf einen Bereich begrenzt werden (siehe folgende Abbildung), sodass die abgezweigte Dampfmenge auch als Freiheitsgrad in die Optimierung eingehen kann. So kann je nach Dampfbedarf im restlichen System die Betriebsweise der Turbine optimiert werden.
Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung
In Kombination mit den Wärmeübertragungskomponenten können Turbinen mit Zwischenüberhitzung so modelliert werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die übertragbare Wärmemenge kann in der Komponente Zwischenüberhitzung (erstellt aus der Komponentenvorlage Wärmeabgabe an Dampf) beschränkt werden. Ob die dafür benötigte Energie durch Abkühlen eines anderen Dampfstroms, Rauchgaswärmerückgewinnung oder durch zusätzliche Befeuerung eines Dampfkessels erzeugt wird, kann individuell für jedes Projekt angepasst werden.
Behebung numerischer Probleme (Fehlermeldung 8327)
Bei sehr ungünstigen thermodynamischen Dampfzuständen können die Stoffwertefunktionen aus numerischen Gründen nicht konvergieren. Das führt dazu, dass die Variable ideale Austrittsenthalpie, die zur Berechnung des isentropen Wirkungsgrades benötigt wird, nicht berechnet werden kann. Die Simulation endet in diesem Fall mit einer Fehlermeldung (siehe folgende Abbildung).
Im Simulatorfenster wird die Fehlermeldung 8327 angezeigt:
Die Stoffwertefunktion geth_from_ps konvergierte nicht nach 50 Iterationsschritten. Für die Enthalpie wurde der letzte gefundene Wert ausgewertet.
Im Beispiel der folgenden Abbildung befindet sich die fehlerhafte Berechnung im Block 363.
Klicken Sie auf den blauen Link der Blocknummer, erscheinen rechts im Simulatorfenster genauere Angaben zu dem fehlerhaften Block (siehe folgende Abbildung). Solch ein Link ist nur unmittelbar nach einer ausgeführten Simulation aktiv.
Verwenden Sie im Modell eine andere Formulierung, welche unter Umständen für Ihren Dampfzustand günstiger ist. Aktivieren Sie dazu die Option Alternative Stoffmodellberechnung im Formular der Komponente unter den Reitern Notizen und Tooltip → Entwickleroptionen.
