Energetyka konwencjonalna

Transkrypt

1 ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w SZCZECINIE Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ Energetyka konwencjonalna Dr hab. inż. prof. ZUT ZBIGNIEW ZAPAŁOWICZ

2 Energetyka konwencjonalna to energetyka wykorzystująca przede wszystkim paliwa kopalne. Zadaniem sektora energetycznego jest pokrycie zapotrzebowania gospodarki narodowej na energię elektryczną i ciepło (rzadziej chłód). Problem podstawowy energetyki nie można przechowywać w dużych ilościach i w długim czasie zarówno energii elektrycznej jak i cieplnej. Produkcja energii elektrycznej musi być dostosowana do bieżącego na nią zapotrzebowania.

3 Dobowa ilość pary [t] Ostoja Dobowa ilość pary [t] Przykładowe wykresy zapotrzebowania na energię Dzień Wykresy zapotrzebowania na energię mogą być sporządzone dla dowolnego przedziału czasu (doby, tygodnia, miesiąca, sezonu lub roku) Dzień

4 Podział elektrowni w systemie elektroenergetycznym Siłownie szczytowe Siłownie podszczytowe Siłownie podstawowe Nantes - Francja Zarządzanie mocą Centralna Dyspozycja Mocy

5 Para wodna Ostoja Siłownia parowa elektrownia Clausiusa - Rankina Paliwo / Energia elektryczna / Spaliny Woda

6 Elektrownia zbudowana według tego schematu cieplnego pozwala na uzyskanie sprawności brutto około 22-28%. W celu zwiększenia sprawności obiegu należy: podnieść parametry pary przed turbiną, obniżyć ciśnienie w skraplaczu, zastosować przegrzew międzystopniowy pary, zastosować układ regeneracji (podgrzewanie wody zasilającej kocioł parą pobraną z upustów turbiny). Zabiegi te pozwalają osiągnąć sprawność brutto elektrowni do 45-50%. Sprawność elektrowni netto uwzględnienie potrzeb własnych siłowni, które mogą wynosić nawet 10% energii doprowadzonej z paliwem.

7 Kocioł energetyczny zadanie przetworzenie energii chemicznej paliwa na energię cieplną najpierw spalin, potem pary wodnej. Para wodna temp ~570ºC Para wodna temp 535ºC - 540ºC; ciśnienie około ~27MPa Paliwo Spaliny temp ok. 800ºC Utleniacz Paliwo: stałe (węgiel kamienny, brunatny), ciekłe (olej opałowy) lub gazowe (gaz ziemny) Utleniacz: powietrze lub tlen (OXY)

8 WP-70 Kotły parowe pyłowe firmy Rafako OP-650 BP-1150 Kocioł wodny pyłowy; tangencjalne ustawienie palników; dla elektrociepłowni Produkt finalny: woda o temp. 155ºC i ciś. 2,5 MPa Kocioł parowy pyłowy; walczakowy; tangencjalne ustawienie palników; dla elektrowni Produkt finalny: para o temp. 540ºC i ciś. 13,5 MPa Kocioł parowy pyłowy; przepływowy; tangencjalne ustawienie palników; dla bardzo dużych bloków w elektrowni Produkt finalny: para o temp. 540ºC i ciś. 18,3 MPa

9 Blok energetyczny o mocy 200MW z kotłem OP-650 Czas Godzina Dzień Miesiąc Rok Ilość spalanego węgla kamiennego [Mg] tony Ilość wytworzonych produktów spalania SO 2 [Mg] 1,57 37, NO x [Mg] 0,73 17, CO 2 [Mg] Pył [Mg] 0, Żużel [Mg] Popiół [Mg] 16,

10 AFK-c5 Ostoja Kotły parowe fluidalne firmy Rafako OFz-230 Kocioł parowy ze złożem fluidalnym Odsiarczanie w komorze spalania; elektrownia nie potrzebuje drogiego układu odsiarczania spalin, niska temperatura spalania powoduje, że nie występują tlenki azotu wysokotemperaturowe.

11 Max. temperatura pary wodnej wytworzonej w kotle 570ºC Barierą jest żarowytrzymałość materiałów konstrukcyjnych kotła. Nie ma ograniczeń ze względu na ciśnienie. Ochrona środowiska: W każdej siłowni wymagany jest: układ oczyszczania spalin z pyłu (elektrofiltry), układ usuwania tlenków siarki i azotów (metody suche i mokre), w przyszłości układ usuwania dwutlenku azotu.

12 Skraplacz to wymiennik ciepła zadaniem którego jest skroplenie pary wodnej i wytworzenie próżni. Do chłodzenia skraplacza stosuje się wodę pochodzącą z rzek, jezior, mórz. Gdy na danym terenie występuje deficyt wody woda chłodząca skraplacz kierowana jest do otwartych lub zamkniętych chłodni kominowych. ok. 50% Chłodnia kominowa typu otwartego Rostok, Niemcy -1996

13 Im niższe są parametry wody chłodzącej skraplacz tym niższe ciśnienie można wytworzyć wewnątrz skraplacza. W celu schłodzenia 1kg pary potrzeba od 60 do 80 kg wody. Elektrownia Dolna Odra Odra Kanał dopływowy Kanał odpływowy Strata energii ok. 50% ediaviewer/plik:pge_zedo_02.jpg Np. blok z kotłem OP-650 o wydatku pary 182 kg/s potrzebuje min kg/s wody chłodzącej (tj Mg/h)

14 Zastosowanie regeneracyjnego podgrzewu wody zasilającej > 36% Schemat układu cieplnego bloku energetycznego 360 MW na parametry podkrytyczne Wymiennik regeneracyjny ciepła < 50% W układach cieplnych stosuje się max wymienników regeneracyjnych ciepła Portacha J.: Badania energetyczne...

15 Turbina parowa zadanie przetworzenie energii cieplnej pary wodnej na energię kinetyczną a potem na pracę mechaniczną; maszyna wirnikowa. Fot. Jeliński

16 Moc jednostkowa turbin jest ograniczona: liczbą obrotów wału turbiny, która z kolei zależy od częstotliwości sieci elektroenergetycznej, wytrzymałością materiałów, z których wykonana jest turbina, ilością pary, która może Typ 13K215 przepłynąć przez turbinę. Moc maksymalna turbiny to około 1000 MW.

17 Generator zadanie przetworzenie pracy mechanicznej na energię elektryczną; w elektrowniach stosuje się maszyny synchroniczne trójfazowe, najczęściej obcowzbudne; generator wytwarza prąd o częstotliwości 50Hz ± 0,5Hz i posiada jedną parę biegunów. Turbina Generator elektryczny Układ wymienników regeneracyjnych Wzbudnica Główna pompa zasilająca zadanie podniesienie ciśnienia; niezawodność pracy elektrowni wymaga zastosowania przynajmniej 2 pomp o niezależnym napędzie.

18 Elektrociepłownia z turbiną przeciwprężną Temperatura pary wylotowej z turbiny powinna być wyższa niż 100ºC Energia cieplna Wymiennik ciepła 0,2 1 MPa Elektrociepłownia z turbiną kondensacyjno-upustową

19 Kierunki rozwoju elektrowni konwencjonalnych: Zwiększenie sprawności elektrowni poprzez wprowadzenie parametrów nadkrytycznych i ultra nadkrytycznych, Optymalizacja obiegów cieplnych, Obniżenie ciśnienia w skraplaczu (chłodzenie wodą morską), Zastosowanie drugiego stopnia przegrzewacza międzystopniowego, Lepsze wykorzystanie energii spalin, Doskonalenie konstrukcji kotła i turbiny, Zwiększenie udziału skojarzenia w produkcji ciepła.

20 Turbina gazowa typ GT24 firmy Alstom Sprężarka Turbina Schemat cieplny siłowni gazowej z układem regeneracji Palniki Chłodzenie łopatek turbin gazowych Moc siłowni energetycznej do 150 MW

21 Parametr Turbina gazowa Turbina parowa Ciśnienie czynnika roboczego Temperatura czynnika roboczego < 25 bar < 250 bar < 1200 C < 550 C Ciśnienie wylotowe 1 bar 0,02 bar Temperatura wylotowa Porównanie turbina gazowa turbina parowa > 400 C > 20 C Spadek entalpii 500 kj/kg 1500 kj/kg Liczba stopni 4 do 8 20 do 40

22 Układ kombinowany: turbina gazowa kocioł odzyskowy turbina parowa generator Komora spalania Dodatkowa komora spalania Rostok, Niemcy x24 MW 3x13 MW Zespół 3 bloków złożony z 110 MW turbin gazowych i parowych Woda sieciowa powrót AHK kocioł odzyskowy GT turbina gazowa DT turbina parowa G generator WT wymiennik ciepła GK sprężarka gazu LK sprężarka powietrza η brutto s Pompa obiegowa 75-88% Chłodnica 120 MW Woda sieciowa zasilanie Siłownia parowo-gazowa CCTG (Combined Cycle Turbine Generator)

23 575 MW 2,2 kpa Siłownia wielopaliwowa 450 MW Ostoja MPa, 580 o C 600 o C 570 MW 40 MW 320 o C 150 MW η brutto s 48,3% Avedore 2, Dania

24 Avedore 2, Dania

25 Siłownia szczytowo - pompowa Zbiornik górny Żydowo Zbiornik dolny Budynek elektrowni

26 Dziękuję Państwu za uwagę