ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 3

Transkrypt

1 ENERGETYKA JĄDROWA WYKŁAD 3 Gdańsk 2018

2 ENERGETYKA JĄDROWA wykład 3 1. System elektroenergetyczny: a) Budowa b) Wytwórcy c) Sieci d) Odbiorniki 2. Klasyfikacja elektrowni w KSEE 3. Podstawowe parametry elektrowni parowych 4. Podstawowe parametry elektrowni gazowych

3 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY

4 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY System elektroenergetyczny to system obejmujący wiele urządzeń powiązanych ze sobą funkcjonalnie: źródła wytwórcze (elektrownie) układy służące do przesyłania, przetwarzania i rozdzielania energii elektrycznej odbiorcy zużywających energię w różnego typu odbiornikach w celu realizacji procesu ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom.

5 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY Cechy systemu elektroenergetycznego: wytwarzanie energii elektrycznej, przesyłanie jej i przetwarzanie odbywa się praktycznie równocześnie; brak możliwości magazynowania energii elektrycznej; każdorazowe pozbawienie odbiorców energii (nawet krótkotrwałe) powoduje duże straty; wymagana szczególnie wysoka niezawodność pracy systemu; system jest rozległy terytorialnie, obejmuje cały kraj i jest powiązany z innymi krajowymi systemami elektroenergetycznymi (UCPTE kraje EWG + Polska, Czechy, Słowacja, Węgry).

6 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY

7 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY WYTWÓRCY Klasyfikacja elektrowni Najczęściej stosowane kryteria klasyfikacyjne: rodzaj wykorzystywanej energii pierwotnej; przynależność administracyjna; czas pracy w ciągu roku (zależny od wartości jednostkowego kosztu wytwarzania energii elektrycznej); Podział elektrowni ze względu na przynależność administracyjną: elektrownie zawodowe; elektrownie przemysłowe.

8 Podział elektrowni ze względu na rodzaj wykorzystywanej energii pierwotnej SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY WYTWÓRCY Elektrownie cieplne są to zakłady produkujące energię elektryczną na skalę przemysłową i wykorzystujący do tego celu energię paliw organicznych (konwencjonalnych) lub jądrowych. Elektrownie wodne zamieniają energię potencjalną wody (energię spadku wód) na energię mechaniczną w turbinie wodnej, a następnie na energię elektryczną w prądnicy napędzanej przez turbinę wodną. Elektrownie niekonwencjonalne: elektrownie słoneczne; elektrownie wiatrowe; elektrownie morskie,

9 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY WYTWÓRCY W zależności od rodzaju silnika cieplnego elektrownie cieplne dzielą się na: elektrownie parowe klasyczne (konwencjonalne), w których czynnikiem roboczym jest wytworzona w kotle para wodna, wykonująca pracę w turbinie parowej; elektrownie parowe jądrowe, w których energii cieplnej dostarcza czynnikowi roboczemu paliwo jądrowe w reaktorze; elektrownie gazowe, w których czynnikiem roboczym jest gaz będący produktem spalania paliwa i wykonujący pracę w turbinie gazowej;

10 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY WYTWÓRCY W zależności od rodzaju oddawanej energii elektrownie cieplne dzielą się na: elektrownie kondensacyjne, wytwarzające tylko energię elektryczną w turbozespołach kondensacyjnych; elektrociepłownie, wytwarzające energię elektryczną i cieplną, oddawaną na zewnątrz w postaci pary lub gorącej wody w ilości co najmniej 10% produkowanej energii.

11 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY Podział elektrowni ze względu na czas pracy w ciągu roku: elektrownie podstawowe elektrownie podszczytowe elektrownie szczytowe Rys. Podział elektrowni na czas pracy w ciągu roku wg KSE, Energetyka i Ekologia Instytut Maszyn Cieplnych

12 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY WYTWÓRCY Podział elektrowni ze względu na czas pracy w ciągu roku: elektrownie podstawowe - pracują z prawie niezmiennym obciążeniem przez większość dni w roku (elektrownie parowe o małym jednostkowym koszcie paliwa i dużej sprawności, elektrownie jądrowe i elektrociepłownie); elektrownie podszczytowe - zmniejszają znacznie swoje obciążenie w dolinach obciążenia systemu (starsze elektrownie parowe, elektrownie wodne ze zbiornikiem o niedużym czasie napełniania); elektrownie szczytowe - uruchamiane tylko w okresach szczytowego obciążenia każdej doby (elektrownie gazowe i gazowo-parowe, specjalne elektrownie parowe o szybkim rozruchu, stare elektrownie parowe o dużym koszcie paliwa).

13 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY SIECI Elementami systemu elektroenergetycznego są: elektrownie, elektrociepłownie i sieci elektroenergetyczne, w skład których wchodzą: stacje rozdzielcze i transformatorowo-rozdzielcze linie przesyłowe różnych napięć przekazujące energię elektryczną między elektrowniami, stacjami i odbiornikami.

14 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY Cechy energii elektrycznej: najbardziej uniwersalna postać energii, która może być przetwarzana z dużą sprawnością w użyteczne postacie energii nieszkodliwa dla środowiska na etapie użytkowania, oddziałująca na środowisko na etapie wytwarzania brak praktycznych możliwości magazynowania (jedynie przez przekształcenie jej w inne postacie energii) konieczność dostosowania produkcji do zmieniającego się zapotrzebowania przez odbiorców

15 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY - ODBIORNIKI Energia elektryczna jest użytkowana po przekształceniu jej w odbiornikach na postać potrzebną odbiorcom, np. na energię mechaniczna, cieplną, świetlną

16 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY - ODBIORNIKI Moc znamionowa P n odbiornika to moc, którą może być on trwale obciążony W przypadku silników moc znamionowa jest to moc oddawana na wale silnika. Obciążenie szczytowe P s - czyli moc elektryczna szczytowa pobierana przez odbiornik z sieci, która może być równa lub mniejsza od jego mocy znamionowej.

17 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY - ODBIORNIKI W zależności od rodzaju odbiornika moc znamionowa może być wyrażona w jednostkach: mocy czynnej P, czyli w watach (W), mocy pozornej S, czyli w woltoamperach (V. A) mocy biernej Q, czyli w varach (var).

18 KLASYFIKACJA ELEKTROWNI

19 OGÓLNA KLASYFIKACJA ELEKTROWNI cieplne parowe gazowe konwencjonalne jądrowe z obiegiem otwartym z obiegiem zamkniętym elektrownie wodne śródlądowe przepływowe zbiornikowe pływowe morskie na energię fal słoneczne maretermiczne inne wiatrowe biogazowe geotermiczne

20 Moc elektryczna zainstalowana ogółem 41, 396 GW MOC ZAINSTALOWANA W KSEE (STAN W DNIU R.) na węglu brunatnym 9,332 GW Elektrownie zawodowe cieplne 30,097GW na węglu kamiennym 19,155 GW gazowe 1,61 GW Elektrownie zawodowe wodne 2,296 GW - w tym: szczytowo - pompowe 1,33 GW Elektrownie przemysłowe 2,659 GW Elektrownie OZE 6,344 GW Pozostałe Dane wg Kwartalnika Agencji Rozwoju Regionalnego, portal CIRE.pl

21 STRUKTURA MOCY ZAINSTALOWANEJ W KSE NA KONIEC 2016 R. [MW]

22 WZROST MOCY ZAINSTALOWANEJ W KSE W LATACH

23 STRUKTURA WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W POLSCE WG ŹRÓDEŁ Struktura wytwarzania en el w Polsce Struktura wytwarzania en el w UE - 27 Źródło: Poland Energy Report, Enerdata, Lipiec 2012 Opracowanie IBnGR na podstawie: Europe s current and futures energy position. Demand resources investments, 2008, Commission Staff Working Document, EC, COM (2008) 744, Brussels.

24 KRAJOWA PRODUKCJA I ZUŻYCIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ W LATACH [GWH]

25 PARAMETRY ELEKTROWNI PAROWEJ

26 POGLĄDOWY SCHEMAT UKŁADU ELEKTROWNI PAROWEJ Elementy składowe bloku energetycznego: układ technologiczny elektrowni na przykładzie Elektrowni BEŁCHATÓW wg J.Paska

27 OBIEG CIEPLNY ELEKTROWNI KONWENCJONALNEJ Foto. Rafako 27

28 OBIEG CIEPLNY ELEKTROWNI KONWENCJONALNEJ Foto. Skoda Power 28

29 OBIEG CIEPLNY ELEKTROWNI KONWENCJONALNEJ 29

30 UPROSZCZONY OBIEG CIEPLNY ELEKTROWNI KONWENCJONALNEJ 1-2 pompowanie wody przemiana izentropowa 2-3 wytwarzanie pary przemiana izobaryczna 3-4 rozprężenie pary przemiana izentropowa 4-1 skraplanie pary przemiana izobaryczna 30

31 SPRAWNOŚĆ ELEKTROWNI PAROWEJ Przykładowe wartości sprawności: Sprawność Oznaczenie Wartości osiągane w elektrowniach krajowych Wartości max osiągane na świecie kotła parowego η k 0,7-0,9 0,925 rurociągów η r 0,98 0,99 0,995 teoretyczna obiegu η th 0,37 0,44 0,5 wewnętrzna turbiny η i 0,7 0,87 0,89 mechaniczna turbiny η m 0,96 0,985 0,99 elektryczna generatora η g 0,95 0,98 0,99 całkowita brutto η b 0,34 0,40 0,45 ɳ b = ɳ k ɳ r ɳ th ɳ i ɳ m ɳ g = ɳ kr ɳ o ɳ em ɳ n = ɳ b (1 ε) 31

32 PRZYKŁADOWE WARTOŚCI CIEPŁA SPALANIA I WARTOŚCI OPAŁOWYCH DLA WYBRANYCH PALIW: zrębki wierzby energetycznej 6-15 MJ/kg pellet ze słomy itp MJ/kg węgiel kamienny (miał) MJ/kg węgiel brunatny 8-21 MJ/kg ropa naftowa MJ/kg benzyna MJ/kg olej napędowy MJ/kg metan (gaz ziemny) 34,8-35,8 MJ/nm 3 wodór MJ/kg biogaz MJ/kg LPG (propan-butan) MJ/kg alkohol etylowy MJ/kg 32

33 WYKRES SANKEY A 33

34 PARAMETRY ELEKTROWNI GAZOWEJ

35 ELEKTROWNIE GAZOWE W POLSCE Lp. Nazwa obiektu Rodzaj bloku Moc elektryczna Moc cieplna Data uruchomienia Elektrociepłownia Lublin- Wrotków Elektrociepłownia Zielona Góra Elektrociepłownia Gorzów Elektrociepłownia Rzeszów Elektrociepłownia Nowa Sarzyna Elektrociepłownia Siedlce BGP 235 MW 150 MWt 2002 BGP 198 MW 135 MW 2004 BGP 65,5 MW 112 MWt 1999 BGP MW 76 MWt 2003 BG 116 MW 70 MW 2000 BG 22,4 MW 14,6MWt Elektrociepłownia Władysławowo BG 11 MW 18 MWt 2002

36 ZŁOŻA GAZOWE W POLSCE Lp. Nazwa Rodzaj Pojemność czynna [w mln m 3 ] Ilość gazu pobrana z magazynu [w mln m 3 ] Ilość gazu zatłoczona do magazynu [w mln m 3 ] Stan na [w mln m 3 ] 1 Wierzchowice sczerpane złoże gazu 575,00 542,10 500,72 374,99 2 Brzeźnica sczerpane złoże gazu 65,00 76,87 47,31 32,44 3 Strachocina sczerpane złoże gazu 150,00 153,91 101,51 80,24 4 Swarzów sczerpane złoże gazu 90,00 65,23 37,01 53,76 5 Husów sczerpane złoże gazu 400,00 416,94 327,58 284,53 6 Mogilno kawerny solne 380,17 260,38 229,02 340,18 RAZEM 1660, , , ,14

37 ZASADA DZIAŁANIA TURBINY GAZOWEJ Turbina gazowa: 1-sprężarka, 2-komora spalania, 3-rozpylacz, 4 - turbina

38 BUDOWA ELEKTROWNI GAZOWEJ Do podstawowych elementów elektrowni gazowej zaliczamy między innymi: Komorę spalania, która odpowiada za spalanie paliwa, dostarczane jest tam paliwo wraz ze sprężonym powietrzem. Turbina gazowa, do której transportowane są spaliny, które zostały rozgrzane do bardzo wysokiej temperatury. Wytwornica pary, która jest wymiennikiem ciepła wytwarzająca parę, nie zawiera w sobie paleniska. Turbina parowa, która wykorzystuje energię cieplną pary wodnej, aby wytworzyć energię mechaniczną. Skraplacz, który zamienia parę wodną czyli gazowy stan, w wodę, czyli stan ciekły. Chłodnia wentylatorowa lub kominowa, służy ona do schładzania wody w przemyśle. Generator, który przetwarza energię mechaniczną, utworzoną z energii cieplnej na energię elektryczną.

39 ZASADA DZIAŁANIA TURBINY GAZOWEJ Turbina gazowa: 1-sprężarka, 2-komora spalania, 3-rozpylacz, 4 - turbina

40 UKŁADY GAZOWO-PAROWE Schemat układu parowo-gazowego: 1 -sprężarka 2-generator elektryczny, 3 -turbina gazowa 4- komora spalania 5-turbina parowa 6-kocioł odzysknicowy

41 Dziękuję za uwagę