ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w SZCZECINIE Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ Energetyka konwencjonalna Dr hab. inż. prof. ZUT ZBIGNIEW ZAPAŁOWICZ
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.
Dobowa ilość pary [t] Ostoja 15.09.2014 Dobowa ilość pary [t] Przykładowe wykresy zapotrzebowania na energię 6000 6000 5000 5000 4000 4000 3000 3000 2000 2000 1000 1000 0 1 101 201 301 401 501 601 701 801 901 100111011201130114011501160117011801 Dzień 0 1 101 201 301 401 501 601 701 801 901 100111011201130114011501160117011801 Wykresy zapotrzebowania na energię mogą być sporządzone dla dowolnego przedziału czasu (doby, tygodnia, miesiąca, sezonu lub roku) Dzień
Podział elektrowni w systemie elektroenergetycznym Siłownie szczytowe Siłownie podszczytowe Siłownie podstawowe Nantes - Francja Zarządzanie mocą Centralna Dyspozycja Mocy
Para wodna Ostoja 15.09.2014 Siłownia parowa elektrownia Clausiusa - Rankina Paliwo / Energia elektryczna / Spaliny Woda
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.
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)
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
Blok energetyczny o mocy 200MW z kotłem OP-650 Czas Godzina Dzień Miesiąc Rok Ilość spalanego węgla kamiennego [Mg] tony 95 2 280 68 400 832 200 Ilość wytworzonych produktów spalania SO 2 [Mg] 1,57 37,68 1 130 13 753 NO x [Mg] 0,73 17,52 526 6 395 CO 2 [Mg] 190 4 560 136 800 1 664 400 Pył [Mg] 0,25 6 180 2 190 Żużel [Mg] 3 72 2 160 26 280 Popiół [Mg] 16,5 396 11 880 144 540
AFK-c5 Ostoja 15.09.2014 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.
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.
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
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% http://pl.wikipedia.org/wiki/elektrownia_dolna_odra#m ediaviewer/plik:pge_zedo_02.jpg Np. blok z kotłem OP-650 o wydatku pary 182 kg/s potrzebuje min. 10 920kg/s wody chłodzącej (tj. 39 312 Mg/h)
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 10-12 wymienników regeneracyjnych ciepła Portacha J.: Badania energetyczne...
Turbina parowa zadanie przetworzenie energii cieplnej pary wodnej na energię kinetyczną a potem na pracę mechaniczną; maszyna wirnikowa. Fot. Jeliński
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. http://www.zedolnaodra.pgegiek.pl/index.php/technika-i-technologia/
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. http://pl.wikipedia.org/wiki/elektrownia_dolna_odra#mediaviewer/plik:pge_zedo_09.jpg
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
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.
Turbina gazowa typ GT24 firmy Alstom Sprężarka Turbina Schemat cieplny siłowni gazowej z układem regeneracji Palniki http://www.alstom.com/power/fossil/gas/turnkey-powerplants/combined-cycle/ka26/ Chłodzenie łopatek turbin gazowych Moc siłowni energetycznej do 150 MW
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
Układ kombinowany: turbina gazowa kocioł odzyskowy turbina parowa generator Komora spalania Dodatkowa komora spalania Rostok, Niemcy -1996 3x24 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)
575 MW 2,2 kpa Siłownia wielopaliwowa 450 MW Ostoja 15.09.2014 30 MPa, 580 o C 600 o C 570 MW 40 MW 320 o C 150 MW η brutto s 48,3% Avedore 2, Dania - 2001
Avedore 2, Dania - 2001
Siłownia szczytowo - pompowa Zbiornik górny Żydowo Zbiornik dolny Budynek elektrowni
Dziękuję Państwu za uwagę www.power-technology.com