Performance Test and Test Rig

Reference conditions

Power plant performances depend on ambient conditions, on fuel input and on the control strategy.

Guarantee values can be fixed either at a unique operating point or at multiple points. In the simplest case,

guarantee performances are prescribed at the yearly averaged ambient condition at site location ( , and

), full load, given a certain fuel composition. Otherwise, multiple load condition can be included,

typically to check for operational flexibility and emission constraints.

oss:

Gli impianti che vengono creati sono strettamente legati alle condizioni ambiente presenti nel sito

dʼinstallazione (è importante conoscerle) siccome molto spesso vengono progettati proprio in base ad

esse; una volta che le condizioni ambientali medie annuali sono determinate si progetta lʼimpianto

basandosi su di esse che diventano quindi le condizioni di riferimento da dichiarare nel contratto.

In generale, deve essere anche specificato nel contratto quale sarà il combustibile utilizzato per

alimentare lʼimpianto siccome questo varia molto le performance (se parliamo di gas naturale dobbiamo

specificare anche la composizione siccome varia il ); si devono anche fornire le condizioni con le

quali verrà fornito il combustibile (ovvero e , per esempio se la è troppo bassa servirà un

compressore aggiuntivo che, consumando energia, abbassare il net power output).

Nel contratto devono essere quindi specificati tutte le informazioni che permettono di definire in modo

univoco come lʼimpianto deve funzionare; questo significa che bisogna comunicare anche il carico al

quale i valori garantiti sono verificati. In alcuni casi si può essere interessati solo al carico completo

(vecchio approccio) mentre in altri al carico modulabile (valori inferiori al carico completo devono essere

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garantiti, approccio moderno). Nel caso del carico modulabile potremmo essere interessati nel controllo

delle emissioni ricordando che aumentano al ridursi del carico; potrebbe essere quindi richiesto verificare

il punto a minimo carico non in termini di pure performance classiche ma anche di emissioni prodotte.

Lʼobbiettivo principale dei performance test è quindi quello di verificare quanto scritto allʼinterno del

contratto (siccome una volta che qualcosa è stato scritto al suo interno deve essere verificato) in modo da

poter attivare lʼimpianto.

A list of typical reference conditions (for a combined cycle) is the following:

oss: In questo caso non è richiesto solo un punto di funzionamento ma ben sei punti di funzionamento

(potrebbero anche essere di più) a diversi valori di temperatura ambiente (e carico). Nella tabella sono

segnate due temperature siccome è riferita a un ciclo combinato dotato, quindi, di turbina e condensatore (la

temperatura ambiente non viene misurata solo allʼingresso della turbina ma anche allʼingresso del

condensatore siccome tutti gli input del sistema devono essere misurati). Questo sistema è anche dotato di un

componente (che inserisce acqua nellʼaria in ingresso) per abbassare la temperatura dellʼaria in ingresso alla

turbina e innalzarne lʼefficienza. Con power factor viene inteso il ovvero come il generatore lavora.

Quando si esegue un performance test si assume un ciclo perfettamente chiuso quindi tutte le blow-down

(nel generatore di gas) e le valvole devono essere chiuse (questo viene dichiarato nel contratto con la voce

make-up water/blow-down che è posta a zero). Lʼanti-icing non viene attivato siccome altera le performance.

Minimum environmental load MEL and Low load operation point LLOP

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oss: Questa tabella rappresenta le condizioni di riferimento per il carico minimo. LLOP rappresenta il minimo

valore limite al quale la turbina può lavorare per un periodo piccolo con emissioni controllate (punto usato per

esempio di notte) che in questo caso è intorno al del carico totale. Tutte le altre condizioni di

funzionamento (più alte del ) sono usate per controllare le emissioni e la capacità del impianto di lavorare

a basso carico. Il carico minimo è fondamentale siccome spegnare e riaccendere lʼimpianto non sarebbe

sostenibile in termini di affidabilità. Quando si esegue un performance test tutti questi parametri devono

essere verificati.

Power Plant Performance Test

The purpose of the performance test is to check the compliance of a Power Plant with output and efficiency

guarantees. The methodology is based upon an Input / Output measurement of the

power station, i.e. the measured fuel gas input supplied at limit of supply and the net electrical power output

as measured at the GRTN measuring meters in the High Voltage substation. Additional parameters are

measured in order to enable the corrections necessary for restoring a correlation with the contract reference

conditions.

oss:

In questo caso non si osserva lʼinterno dellʼimpianto ma si osserva solo il suo contorno (input e output)

trattandolo quindi come una scatola nera. Questo significa che dobbiamo definire prima di tutto quali sono

i limiti del sistema, cosa cʼè al suo interno e cosa cʼè al suo esterno; questo è facile da fare se si fa

affidamento su un unico venditore ma se si affida ogni parte a un diverso venditore (per avere un prezzo

più vantaggioso) diventa più complesso (ogni parte deve avere il suo specifico performance test). Quando

ho un componente principale e tanti componenti secondari provenienti da altre aziende si conducono

prima i performance test sui componenti per poi essere sicuri di ottenere i risultati voluti nel performance

test che riguarda le performance globali del sistema.

Come già detto, idealmente, i test devono essere eseguiti alle condizioni di riferimento per verificare i

valori da garantire ma questo è impossibile da fare nella realtà; tipicamente, quando i performance test

sono eseguiti è utile stare il più vicini possibili alle condizioni di riferimento ma questo non può essere

garantito per tutti i parametri. Questo significa che dobbiamo misurare tutti i possibili parametri di disturbo

e comprendere prima come questi parametri possono impattare sulle performance dellʼimpianto siccome

dobbiamo correggere i dati raccolti in modo da estrapolare quello alle condizioni di riferimento (correction

procedure). Le curve di correzione vengono fornite dal costruttore siccome esso è lʼunico a conoscere

come varia il comportamento dellʼimpianto al variare delle condizioni ambientali; tipicamente, lʼacquirente

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fa affidamento a dei consulenti per verificare se tali curve siano corrette (creando un modello

dellʼimpianto). Le curva di correzione rappresentano quindi lʼunico modo per risalire ai valori da garantire

alle condizioni di riferimento partendo dai valori misurati.

Performance Test Procedure

Performance Test Procedure is defined according to ASME PTC 461996 Standard (contiene tutte le regole

da seguire per ottenere un corretto performance test). In the performance test procedure the parties share all

procedures required to carry out the measurements campaign and to process the acquired data to get the

plant performances. These includes:

Definition of test boundaries (definizione degli input e degli output, quello che bisogna misurare).

Definition of influencing parameters (le quantità che necessitiamo misurare):

Ambient conditions ( , , ).

Fuel composition and supplying condition ( , , ).

Load.

Generator power factor ( ).

Condenser ( ).

List of instrumentation and calibration procedure.

Stabilization criteria and limits (i performance test spesso hanno una durata finita in cui i parametri

misurati devono stare più stabili possibili e vicini ai valori da garantire [le acquisizioni avvengono con una

certa frequenza in modo da raccogliere un certo numero di campioni che daranno poi il valore mediato del

parametro da misurare]).

Steam cycle asset (se ho un ciclo a vapore esse deve operare in un anello chiuso: tutte le valvole devono

essere chiuse; prima del performance test viene quindi fornita una lista di tutte le valvole che devono

essere controllate [e chiuse] sia dal compratore che dal venditore).

Auxiliary list (anche in questo caso si redige una lista di tutti i sistemi ausiliari che devono essere

controllati da entrambe le parti; se è possibile sarebbe meglio spegnere gli ausiliari per non alterare il

performance test ma in alcuni casi essi sono fondamentali per il funzionamento dellʼimpianto [es. acqua

demi]).

Test duration (deve essere deciso insieme dalle due parti).

Load.

Correction curves (sono tipicamente la parte più critica da controllare siccome i costruttori sono troppo

ottimisti sulle performance).

oss: Esistono dei colloqui in cui le due parti discutono di come, dove e quando le misurazioni devono essere

fatte (oltre di quanti campioni bisogna raccogliere). Per i performance test non si possono utilizzare gli

strumenti che verranno utilizzati normalmente nellʼimpianto quando esso sarà posto in opera ma si devono

usare degli strumenti migliori che devono essere calibrati prima e dopo il performance test (portati

direttamente dal venditore). I punti di installazione degli strumenti devono essere controllati dal compratore e

dal venditore (esistono quindi due team). Con criteri di stabilizzazione si intende, per esempio, quanto

bisogna attendere dopo lʼaccensione del sistema per ottenere delle misurazioni stabili; un altro esempio di tali

criteri è che i performance test sono da eseguire nelle ore centrali della giornata (o nel cuore della notte) dove

la temperatura ambientale è abbastanza fissa e non la mattina o il pomeriggio quando la cambia molto

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rapidamente. Con limiti si intende la misurazione di parametri che dipendono da caso a caso e che sono da

mantenere tra certi valori limiti o al di sotto (/al di sopra) di certi limiti; un esempio potrebbe essere il vento nel

caso di un condensatore ad aria (siccome se esso è molto forte può intaccare il funzionamento del fan e non

interagire correttamente con i tubi). Tipicamente le acquisizioni di un performance test vengono ripetute tre

volte in modo da essere sicuri che almeno un test sia corretto.

Generic test boundary

oss: Lʼimmagine rappresenta un impianto generale (qualsiasi esso sia). In questo impianto necessitiamo

definire i test boundary ovvero definire input e output (in particolare quelli che necessitiamo veramente

misurare). Al giorno dʼoggi la misura delle emissioni è obbligatoria.

TYPICAL STEAM PLANT TEST BOUNDARY

TYPICAL CC PLANT TEST BOUNDARY

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oss: Il rendimento e lʼheat rate sono misurazioni indirette siccome le posso conoscere solo dopo aver valutato

la potenza in uscita (misurazione diretta) e la portata (e il ) del combustibile. Gli stack gas servono solo

per la misurazione delle emissioni e non per lʼoutput energetico e lʼefficienza. Lʼheat sink non viene misur