1. Podział i klasyfikacje elektrowni
W zależności od rodzaju silnik cieplnego:
· Elektrownie parowe klasyczne (konwencjonalne) – czynnikiem roboczym jest wytworzona w kotle para wodna, wykonująca pracę w turbinie parowej.
· Elektrownie parowe jądrowe – energia cieplna jest dostarczana czynnikowi roboczemu poprzez proces rozszczepiania paliw jądrowych w reaktorze.
· Elektrownie gazowe – czynnikiem roboczym jest gaz będący produktem spalania paliwa i wykonujący pracę w turbinie gazowej.
· Elektrownie spalinowe – z silnikami spalinowymi tłokowymi (najczęściej Diesla).
W zależności od rodzaju oddawanej energii:
· Elektrownie kondensacyjne – wytwarzające tylko energię elektryczną w turobozespołach kondensacyjnych (bez wykorzystanie ciepła pary wylotowej).
· Elektrociepłownie – wytwarzające energię elektryczną i ciepło oddawane na zewnątrz w postaci pary lub gorącej wody w ilości co najmniej 10% produkowanej energii.
Niezależnie od rodzaju i typu:
· Elektrownie zawodowe – przynależne administracyjnie do przedsiębiorstw podległych organizacjom gospodarczym w branży energetycznej (zawodowo produkujące energię elektryczną i ciepło).
· Elektrownie przemysłowe – administracyjnie związane z zakładami przemysłowymi (hutami, kopalniami) należącymi do innych organizacji gospodarczych niż energetyka.
W zależności od czasu pracy:
· Elektrownie podstawowe – dostarczające do systemu przeważającą część energii elektrycznej, pracujące z małymi zmianami obciążenia przez większość dni w roku (czas wykorzystania mocy zainstalowanej >5000 h/rok) – parowe o małym jednostkowym koszcie paliwa, jądrowe, elektrociepłownie.
· Elektrownie podszczytowe – zmniejszające z reguły dość znacznie swe obciążenie w dolinach obciążeń systemu (czas wykorzystania mocy zainstalowanej 2000 – 5000 h/rok) – starsze elektrownie parowe o dobrej dyspozycyjności, elektrownie wodne ze zbiornikiem o niedużym czasie napełniania
· Elektrownie szczytowe – uruchamiane tylko w okresach szczytowego obciążenia każdej doby (czas wykorzystania mocy zainstalowanej <2000 h/rok) – elektrownie wodne pompowe i zbiornikowe, elektrownie gazowe, specjalne elektrownie parowe o szybkim rozruchu, stare elektrownie parowe o dużym koszcie paliwa
2. Podział mocy elektrycznej i cieplnej
· Moc zainstalowana – suma mocy znamionowych turbozespołów wchodzących w skład elektrowni
Nin=Nzn , MW
· Moc osiągalna – moc jaką elektrownia może osiągnąć w sposób trwały przy dobrym stanie urządzeń i normalnych warunkach eksploatacji (w czasie nie krótszym niż 15 h). Jest to moc zainstalowana pomniejszona o trwałe ubytki mocy spowodowane wadami układu technologicznego, zmianami konstrukcyjnymi itp.
No=Nin-Nu , MW
· Moc dyspozycyjna – maksymalna moc, która może być oddana w ustalonym czasie (terminie) w rzeczywistych warunkach pracy. Jest to moc osiągalna pomniejszona o zmienne, okresowe ubytki mocy spowodowane remontami, awariami oraz przejściowym pogorszeniem warunków zewnętrznych np. gorsze paliwo, zmiany temp. wody chłodzącej i powietrza.
Nd=No-Nz= Nin-Nu-Nz , MW
Analogicznie przedstawia się podział mocy cieplnej.
3. Układ przemian energetycznych w elektrowni.
Proces przetwarzania energii elektrycznej w elektrowni parowej konwencjonalnej (trójstopniowy):
1. Spalanie – energia chemiczna paliwa zamieniana jest na energię cieplną przekazywaną czynnikowi roboczemu
2. Praca wykonana przez czynnik w silniku cieplnym – energia cieplna czynnika zamieniana jest na energię mechaniczną
3. Energia mechaniczna zamienia jest na energię elektryczną w napędzanej przez turbinę prądnicy
Proces technologiczny elektrowni realizuje się w czterech najważniejszych układach:
1. układ paliwo – powietrze – spaliny
2. układ parowo – wodny (cieplny) odpowiadający obiegowi głównemu czynnika roboczego
3. układ chłodzenia skraplaczy
4. układ wyprowadzenia mocy (układ elektryczny)
4. Obieg siłowni parowej teoretyczny i rzeczywisty, obiegi porównawcze T-S, i-s
Obieg termodynamiczny jest to przemiana, w której stan końcowy czynnika jest identyczny z początkowym.
Obieg porównawczy jest obiegiem wyidealizowanym, przebiegającym bez tarcia. Obieg porównawczy siłowni parowej nazwano obiegiem Clausiusa-Rankine’a.
4-1 izobarycznego podgrzewania i parowania
1-2 rozprężania izentropowego pary nasyconej mokrej
2-3 z izobarycznego skraplania pary mokrej
3-4 oraz sprężania cieczy
1. Czynnik obiegowy pobiera w kotle parowym ciepło przekazywane przez gorące spaliny uzyskane po spaleniu paliwa.
2. Do kotła dopływa woda tłoczona przez pompę zasilającą. Wodę podgrzewa się w kotle, a następnie odparowuje.
3. Para z kotła płynie do silnika – najczęściej jest to turbina – gdzie rozpręża się adiabatycznie.
4. Następnie para przepływa do skraplacza, gdzie oddaje ciepło skraplając się izobaryczno-izotermicznie. Ciepło w skraplaczu przejmuje woda chłodząca, którą przetłacza przez skraplacza pompa wody chłodzącej. Woda chłodząca oddaje ciepło do otoczenia.
5. W związku z trudnością uzyskania izotermicznego rozprężania pary wodnej w temperaturze wyższej od krytycznej, zrezygnowano w siłowniach parowych ze ścisłego naśladowania obiegu Carnota.
6. Tylko część ciepła dostarcza się podczas przemiany izotermicznej, przy niezbyt wysokiej temperaturze. Parę nasyconą o stopniu suchości zbliżonym do x=1 kieruje się do przegrzewacza, w którym temperatura pary podwyższa się do maksymalnej wartości, na jaką pozwalają materiały konstrukcyjne.
Sprawność energetyczną obiegu Clausiusa-Rankine’a można wyznaczyć z zależności
ηtCR=lCRqd=i1-i2i1-i4
Obieg z turbiną przeciwprężną:
Obieg z turbiną kondensacyjno-upustową
5. Sprawności elektrowni.
Sprawność termiczna – jest jednym z podstawowych wskaźników charakteryzujących gospodarność cieplną elektrowni (wyznaczana z bilansu wyprodukowanej energii i zużycia paliwa).
Sprawność brutto i netto – podział ten wynika z faktu iż w elektrowni oprócz paliwa zużywa się energię elektryczną na potrzeby własne (do napędu urządzeń pomocniczych).
Gdzie: E – Ep wł przedstawia ilość energii elektrycznej oddanej do sieci
elektrycznej w określonym czasie, a E p wł zużytej na potrzeby własne
elektrowni w tym samym czasie.
Względne zużycie energii elektrycznej na potrzeby
własne elektrowni:
Zależy od rodzaju paliwa, ciśnienia początkowego pary i innych parametrów. Dla większości elektrowni kondensacyjnych ε = 5 – 9 % wyprodukowanej energii elektrycznej.
Na sprawność siłowni rzeczywistej wywierają wpływ sprawności poszczególnych jej elementów:
6. Potrzeby własne elektrowni:
· Urządzenia oraz instalacje potrzeb własnych elektrowni:
-Gospodarka paliwowa elektrowni
- Systemy usuwania żużla i popiołu
· Układ nawęglania elektrowni obejmuje zestaw urządzeń, instalacji pomocniczych i obiektów inżynierskich służących do:
-Odbiory węgla ze środków transportu zewnętrznego
-Mechanizacji składowisk węgla
-Wstępnego przygotowania węgla (sortowanie, kruszenie, mieszanie, uśrednianie)
-Transportu do zasobników przy kotłowych
· Urządzenia rozładowcze w elektrowniach cieplnych na paliwo kopalne:
-Wyładowarki – wygarniają węgiel z wagonu za pomocą specjalnych łopat podwieszonych na konstrukcji stałego lub jezdnego mostu.
-Wytwornice wagonowe (do rozładunku węglarek)
-Zasobniki szczelinowe lub rowowe – spełniają funkcję urządzeń rozładowczych w elektrowniach w których węgiel (brunatny) jest dostarczany w wagonach samo wyładowczych lub przenośnikami taśmowymi.
-Estakady rozładowcze z ładowarkami lub ładowarko-zwałowarkami (dla wagonów samowyładowczych)
-Suwnice mostowe z chwytakami – stosowane w małych elektrowniach.
· Urządzenia stosowane do obsługi składów:
- Zwałowarki szynowe obrotowe – wydajność 800-2000 Mg/h, zasięg czerpania do 40 m i wysokość czerpania do 19 m
-Ładowarki kołowe (szynowe i gąsienicowe) – wydajność 300- 1000 Mg/h, zasięg czerpania do 22 m i wysokość czerpania do 12 m
-Przenośniki taśmowe samojezdne i stałe
-Spychacze – współpracują z ładowarkami i zwałowarkami, służą do podawania węgla
-Maszyny dwuczynnościowe ładowarko-zwałowarki – wydajność przy zwałowaniu 6400 Mg/h, przy ładowaniu 3200 Mg/h
· Dodatkowo
Napęd pomp:
Zasilających
Kondensatu
Wody chłodzącej
Innych ( olejowych, wody chłodzącej olej )
Urządzenia do usuwania żużlu i popiołu
Wentylatory powietrza i spalin
Instalacje odsiarczania i odazotowania spalin
7. Sposoby podwyższania sprawności elektrowni.
· Podnoszenie temperatury i ciśnienia pary świeżej, dopływającej do turbiny
· Międzystopniowe ( pojedyncze lub dwukrotne) przegrzewanie pary
· Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej
· Skojarzenie wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej
· Obniżanie parametrów wylotowych pary – ciśnienia w skraplaczu
· Zwiększenie sprawności kotła
· Zwiększenie sprawności wewnętrznej turbiny
· Zmniejszenie zużycia energii na potrzeby własne ( zwiększenie sprawności i regulacyjności urządzeń pomocniczych)
· Skojarzenie obiegów o rożnych czynnikach roboczych ( np. gaz – para)
· Sprzeczność niektórych stosowanych metod:
Ø Podgrzewanie wody do wysokiej temperatury w układzie regeneracji stoi na przeszkodzie wzrostowi sprawności kotła
Ø Obniżenie ciśnienia w skraplaczu utrudnia zwiększenie sprawności wewnętrznej turbiny
· Inne czynniki wpływające na sprawność elektrowni:
Ø Czas wykorzystania mocy zainstalowanej ( praca z częstymi odstawieniami i rozruchami lub przy niskim obciążeniu pogarsza sprawność kotła i turbiny)
Ø Jakość obsługi ( personel elektrowni)
Ø Warunki atmosferyczne ( temperatura powietrza, stan wód, warunki atmosferyczne)
8. Koszty elektrowni
-Koszty stałe (mocy) – zależne od mocy zainstalowanej elektrowni – niezmienne niezależnie
od wielkości produkcji, ale zależne od nakładów inwestycyjnych poniesionych na budowę elektrowni
-Koszty kapitałowe
o Akumulacja
o Amortyzacja
-Koszty ogólne
o Podatki i ubezpieczenia
o Utrzymanie zarządu, straty przemysłowej i pożarowej
o Utrzymanie budynków administracyjnych i pojazdów
o Opłaty pocztowe, telefoniczne, radiowe i TV
o Kary
-Składowa stała kosztów zmiennych
o Płace personelu niezwiązanego z ruchem elektrowni wraz z
narzutami socjalnymi
o Koszty utrzymania i remontów ponoszone niezależnie od
pracy elektrowni
• Koszty zmienne (energii) – zależne od ilości wytworzonej energii – suma kosztów paliwa i wody – zależne od wielkości energii elektrycznej i sprawności elektrowni
- Niezależne od obciążenia elektrowni ( rozruch, bieg jałowy i odstawienie z ruchu bloków energetycznych)
o Paliwo
o Utrzymanie – płace personelu ruchowego
o Remonty
-Zależne od obciążenia elektrowni
o Materiały pomocnicze
o Użytkowanie środowiska
o Osobowe personelu ruchowego
...
gobi0208