Podstawowe pojęcia gospodarki energetycznej WYKŁAD 1 Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek www.marwie.net.pl Energetyka dział gospodarki obejmujący przetwarzanie, gromadzenie, przenoszenie i wykorzystanie energii Elektroenergetyka dział energetyki zajmujący się problematyką wytwarzania, przesyłania, przetwarzania, dostarczania oraz użytkowania energii elektrycznej System elektroenergetyczny (SE) zespół urządzeń do: wytwarzania przesyłu rozdziału konsumpcji energii elektrycznej 1/8 1
Sieć elektroenergetyczna zespół urządzeń uczestniczących w przekazywaniu energii elektrycznej od wytwórcy do użytkowników Sieć przesyłowa sieć elektroenergetyczna służąca do przesyłania energii elektrycznej na większe odległości Sieć rozdzielcza sieć elektroenergetyczna służąca do rozdzielania i doprowadzania energii elektrycznej do odbiorców Stacja transformatorowa-rozdzielcza obiekt obejmujący zespół urządzeń służących do transformowania energii elektrycznej na inną wartość napięcia oraz do rozdzielania tej energii 2/8 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY ELEKTROWNIA SIEĆ ELEKTROENERGETYCZNA SIEĆ TRANSFORMATOROWO- ROZDZIELCZA SIEĆ PRZESYŁOWA ODBIORCA SIEĆ TRANSFORMATOROWO- ROZDZIELCZA 3/8 2
SIEĆ ELEKTROENERGETYCZNA Miejskie Sieci Elektroenergetyczne (MSE) Rejonowe Sieci Elektroenergetyczne (RSE) Osiedlowe Sieci Elektroenergetyczne (OSE) Przemysłowe Sieci Elektroenergetyczne (PSE) Wiejskie Sieci Elektroenergetyczne (WSE) Wnętrzowe Sieci Elektroenergetyczne (SEW) 4/8 Podział urządzeń elektroenergetycznych ze względu na funkcję pełnioną w systemie: Urządzenia wytwórcze: - generatory Urządzenia przetwórcze: - transformatory - prostowniki - falowniki - przetworniki 5/8 3
Urządzenia przesyłowe: - linie napowietrzne - linie kablowe - szyny Urządzenia rozdzielcze: -wyłączniki -rozłączniki -odłączniki - bezpieczniki 6/8 Urządzenia odbiorcze: - silniki -urządzenia oświetleniowe -urządzenia grzejne - inne Urządzenia pomocnicze: - zabezpieczające - sygnalizacyjne - pomiarowe - sterownicze 7/8 4
Klasyfikacja sieci elektroenergetycznych ze względu na wartość napięcia znamionowego: sieci ultrawysokich napięć (skrót: UWN): 750 kv i wyższe sieci najwyższych napięć (skrót: NN): 220 kv i 400 kv sieci wysokich napięć (skrót: WN): 110 kv sieci średnich napięć (skrót: SN): powyżej 1 kv do 110 kv sieci niskich napięć (skrót: nn): nieprzekraczające 1 kv Klasyfikacja sieci elektroenergetycznych ze względu na ich przeznaczenie: sieci przesyłowe 220 kv ; 400 kv ; 750 kv sieci rozdzielcze do 110 kv, w tym: instalacje do 1 kv 8/8 Zapraszam na przerwę Dziękuję za uwagę 5
Charakterystyka systemu elektroenergetycznego oraz sposoby wytwarzania energii elektrycznej WYKŁAD 2 Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek www.marwie.net.pl Krajowy System Elektroenergetyczny (KSE) realizuje proces ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom 6
7
Polskie Sieci Elektroenergetyczne (PSE) Właściciel i gospodarz sieci przesyłowej NN Polską sieć NN tworzy infrastruktura sieciowa, w której skład wchodzą: 241 linii o łącznej długości 13 338 km, w tym: 1 linia o napięciu 750 kv o długości 114 km 73 linie o napięciu 400 kv o łącznej długości 5 303 km 167 linii o napięciu 220 kv o łącznej długości 7 921 km 106 stacji najwyższych stacji (NN) podmorskie połączenie 450 kv DC Polska-Szwecja o całkowitej długości 254 km 3/20 Surowce energetyczne Nieodnawialne źródła energii: paliwa konwencjonalne stałe (węgiel kamienny, węgiel brunatny) paliwa konwencjonalne ciekłe (ropa naftowa) paliwa konwencjonalne gazowe (gaz ziemny) paliwa rozszczepialne energia magnetohydrodynamiczna (MHD) ogniwa paliwowe energia biomasy Odnawialne źródła energii: energia wód energia wiatrów energia słoneczna energia geotermiczna energia pływów morskich energia fal morskich energia cieplna oceanu 4/20 8
Klasyfikacja elektrowni w zależności od wykorzystywanego surowca: Elektrownie cieplne parowe węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny jądrowe paliwa rozszczepialne Elektrownie wodne Elektrownie niekonwencjonalne wiatrowe słoneczne geotermiczne generatory MHD maremotoryczne (energia fal i prądów morskich) maretermiczne (energia cieplna oceanów) 5/20 Klasyfikacja elektrowni w zależności od przeznaczenia: Elektrownie zawodowe przekazują energię do systemu elektroenergetycznego Elektrownie przemysłowe wytwarzają energię elektryczną dla potrzeb dużych zakładów przemysłowych 6/20 9
Klasyfikacja elektrowni w zależności od czasu pracy elektrowni: Elektrownie podstawowe pracują w sposób ciągły Elektrownie podszczytowe pracują w okresach, gdy zapotrzebowanie na energię jest większe niż to, jakie są w stanie zapewnić elektrownie podstawowe Elektrownie szczytowe włączane są do pracy w systemie elektroenergetycznym w czasie trwania szczytów obciążenia 7/20 Charakterystyka polskiej energetyki Elektrownie cieplne opalane węglem kamiennym i brunatnym 8/20 10
2012 03 08 9/20 Elektrownie wodne 10/20 11
12/20 Elektrownie wiatrowe 13/20 12
Elektrownie geotermalne 14/20 Moc osiągalna przez poszczególne elektrownie w Polsce Dychów; 85 MW Pątnów; 464 MW Karolin; 106 MW Dolna Odra; 1752 MW Turów; 1900 MW Żarnowiec; 716 MW Żydowo; 157 MW Adamów; 600 MW Skawina; 110 MW Bełchatów; 5318 MW Siersza; 677 MW Rybnik; 1775 MW Ostrołęka; 647 MW Kozienice; 2905 MW Porąbka; 540 MW Opole; 1532 MW Jaworzno; 1345 MW Połaniec; 1575 MW Łaziska; 1145 MW Łagisza; 1060 MW Stalowa Wola; 250 MW Solina; 198 MW 15/20 13
Liczba elektrowni w Polsce Woda; 1696 MW Węgiel Brunatny; 8282 MW Węgiel kamienny 14879 MW 16/20 Wielkości charakterystyczne elektrowni: moc zainstalowana suma mocy znamionowych urządzeń wytwórczych moc osiągalna równa mocy zainstalowanej pomniejszonej o trwałe ubytki moc netto moc mierzona na zaciskach generatora pomniejszona o potrzeby własne sprawność stosunek uzyskanej energii elektrycznej do energii wytwarzanej ze źródła pierwotnego 17/20 14
Podział elektrowni ze względu na moc osiągalną: 1. Elektrownia Bełchatów S.A 5318 MW 2. Elektrownia Kozienice S.A 2905 MW 3. Elektrownia Turów S.A 1900 MW 4. Elektrownia Rybnik S.A 1775 MW 5. Elektrownia Dolna Odra S.A 1752 MW 6. Elektrownia Pątnów S.A 1664 MW 7. Elektrownia Połaniec S.A 1575 MW 8. Elektrownia Opole S.A 1532 MW 9. Elektrownia Jaworzno S.A 1345 MW 10. Elektrownia Łaziska S.A 1145 MW 11. Elektrownia Łagisza S.A 1060 MW 12. Elektrownia Siersza S.A 677 MW 13. Elektrownia Ostrołęka S.A 647 MW 14. Elektrownia Adamów S.A 600 MW 15. Elektrownia Stalowa Wola S.A 250 MW 16. Elektrownia Skawina S.A 110 MW 17. Elektrownia Karolin S.A 106 MW 18/20 Przemiany energetyczne w elektrowni parowej: Energia chemiczna (paliwo) Kocioł parowy Energia cieplna (para) Turbina parowa Energia mechaniczna Linia przesyłowa Energia elektryczna Generator 19/20 15
Przemiany energetyczne w elektrowni jądrowej: Energia nuklearna (paliwo) Reaktor jądrowy Energia cieplna (para) Turbina parowa Energia mechaniczna Linia przesyłowa Energia elektryczna Generator 20/20 Zapraszam na przerwę Dziękuję za uwagę 16
Wytwarzanie energii elektrycznej. WYKŁAD 3 Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek www.marwie.net.pl Zasada działania elektrowni parowej: 17
Zasada działania elektrowni na przykładzie elektrowni BEŁCHATÓW: Sposoby ograniczania negatywnego wpływu elektrowni na środowisko zastąpienie węgla ekologicznie czystym gazem ziemnym (wyższe koszty) stosowanie filtrów, czyli urządzeń odpylających i pochłaniających stosowanie kotłów z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym stosowanie różnych metod odsiarczania spalin odpowiednie zagospodarowanie odpadów: do utwardzania dróg do wytwarzania materiałów budowlanych do wypełniania wyrobisk kopalnianych 3/25 18
Wirnik turbiny TURBINA 28K460 moc elektryczna 460 MW, strumień masy pary świeżej 1310 t/h (361 kg/s), parametry pary świeżej 27,5 MPa/ 560ºC, parametry pary wtórnie przegrzanej 5,46 MPa/ 580ºC, ciśnienie w skraplaczu 3,4 kpa. 19
TURBINA 18K380 ciśnienie pary pierwotnej: temperatura pary pierwotnej: ciśnienie pary wtórnej: temperatura pary wtórnej: moc 17,5 MPa; 550ºC; 4,2 MPa; 570ºC; 380 MWe Przekrój osiowy części WP i SP turbiny 18K380 20
21
Elektrownie jądrowe wykorzystują energię cieplną wytworzoną w wyniku rozszczepienia jąder pierwiastków o dużej liczbie atomowej (masowej), głównie uranu 235 lub uranu 233 paliwo wykonane jest w postaci pastylek (o średnicy 10 mm) osłoniętych koszulką ze stopu cyrkonu i umieszczonych w prętach o długości 2,5 3,5 m aby reakcja rozszczepienia była w pełni kontrolowana, stosuje się materiały silnie pochłaniające neutrony w postaci kadmowych prętów regulacyjnych 10/25 22
Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni składa się z: reaktora Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni składa się z: pomp cyrkulacyjnych 23
Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni składa się z: wymiennika ciepła (wytwornicy pary) Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni tworzy zamkniętą pętlę 24
Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni tworzy zamkniętą pętlę z przepływającym chłodziwem napędzanym pompami Część jądrowa - obieg pierwotny - elektrowni dodatkowo w pętli znajduje się stabilizator ciśnienia 25
Wytwornica pary jest elementem sprzęgającym pierwotny i wtórny obieg elektrowni. Obieg wtórny elektrowni składa się z: wytwornicy pary (wymiennika ciepła) 26
Obieg wtórny elektrowni składa się z: turbiny 20/25 Obieg wtórny elektrowni składa się z: kondensatora pary 27
Obieg wtórny elektrowni tworzy zamkniętą pętlę Obieg wtórny elektrowni tworzy zamkniętą pętlę z przepływającą parą napędzaną pompami 28
Przez kondensator pary przepływa dodatkowa woda chłodząca Turbina parowa napędza zespół prądotwórczy 25/25 29
Zapraszam na przerwę Rodzaje reaktorów jądrowych reaktor wodno-ciśnieniowy (PWR) reaktor wodny wrzący (BWR) udoskonalony reaktor wodny wrzący (ABWR) reaktor chłodzony gazem (GCR) udoskonalony reaktor chłodzony gazem (AGCR) reaktor ciężkowodny ciśnieniowy (PHWR) reaktor kanałowy wysokiej mocy (reaktor grafitowy - RBMK) reaktor wodny ciśnieniowy (WWR) reaktor powielający prędki (FBR) 30
Reaktor wodno-ciśnieniowy (PWR - Pressurized Water Reactors) energia wytwarzana jest podczas reakcji rozszczepienia uranu 235 moderatorem i jednocześnie chłodziwem jest w nim woda pod dużym ciśnieniem, ok. 15MPa rdzeń rozgrzewający ją do 330 o C nie powoduje powstawania pary w obiegu pierwotnym systemu chłodzącego para pod ciśnieniem uruchamia turbinę napędzającą wał generatora, który z kolei generuje energię elektryczną Zasada działania 1 zbiornik ciśnieniowy reaktora 2 wytwornica pary 3 stabilizator ciśnienia 4 pompa 31
32
33
8/16 Reaktor wodny wrzący (BWR - Boiling Water Reactors) energia wytwarzana jest podczas reakcji rozszczepienia uranu 235 posiada jeden obieg chłodziwa - wody, co znacząco upraszcza jego konstrukcję para jest tu wytwarzana bezpośrednio w zbiorniku ciśnieniowym reaktora mniejsze ciśnienie wody niż w PWR (ok. 7 MPa) sprawia, że woda przy temperaturze ok 275 286 o C zaczyna się gotować 34
35
12/16 36
Lekkowodny wrzący reaktor atomowy z moderatorem grafitowym (RBMK - Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj) RBMK był celem sowieckiego programu budowy reaktorów służących do produkcji plutonu do celów militarnych chłodzenie lekką wodą i moderacja grafitem umożliwiła stosowanie jako paliwa naturalnego uranu, bez jego uprzedniego wzbogacania RBMK jeden z najekonomiczniejszych reaktorów kombinacja ta oznacza również wzrost reaktywności przy zwiększaniu się ilości pary w rdzeniu reaktora, co utrudnia jego sterowania i może doprowadzić do utraty stabilności reaktora 37
16/16 Zapraszam na przerwę 38
Bezpieczeństwo elektrowni jądrowych 6 barier bezpieczeństwa 1. Produkty rozpadu powstają we wnętrzu pastylek paliwowych wykonanych z dwutlenku uranu 2. Szczelnie zamknięte koszulki prętów paliwowych nie przepuszczają żadnego materiału 3. Trzecią barierę stanowi zbiornik ciśnieniowy reaktora 4. Pomieszczenia zawierające źródła zagrożeń są otoczone grubymi ścianami betonowymi (grubość 1,5 3 m) 5. Wszystkie wymienione wyżej urządzenia otacza zbiornik zabezpieczający ze stali 6. Ostatnia bariera to osłona betonowa o grubości co najmniej 1 m 39
Dodatkowy system środków ochronnych 1. układ regulacji (kontroluje moc reaktora) 2. układ prętów bezpieczeństwa (powoduje natychmiastowe wyłączenie reaktora przy przekroczeniu dopuszczalnych parametrów pracy) 3. system awaryjnego chłodzenia reaktora (czynny i bierny) 4. układ zraszania 3/9 Wpływ elektrowni jądrowych na środowisko do atmosfery i wody przedostaje się pewna ilość materiałów promieniotwórczych są to znikome ilości, wielokrotnie niższe niż dawka szkodliwa dla zdrowia wpływ na otoczenie jest zdecydowanie mniejsze niż wpływ innych elektrowni konwencjonalnych tej samej mocy nie produkuje popiołów ani pyłów 40
Wpływ elektrowni jądrowych na środowisko nie emituje do atmosfery szkodliwych gazów spalinowych, dwutlenku siarki, tlenków azotu i innych zanieczyszczeń wprowadza do środowiska mniejsze ilości substancji radioaktywnych niż elektrownia węglowa składowanie odpadów promieniotwórczych, które mogą powodować zagrożenie dla środowiska Postępowanie z odpadami promieniotwórczymi Umieszczanie zużytych elementów paliwowych w zbiornikach z wodą (na 1 rok) Przewiezienie po upływie roku (w specjalnych pojemnikach) tych elementów do centralnego składowiska przejściowego (na 10 lat) Obróbka odpadów Oddzielenie odpadów radioaktywnych właściwych poddanie ich procesowi zeszkliwienia i umieszczenie w grubościennych beczkach ze stali nierdzewnej 6/9 41
Postępowanie z odpadami promieniotwórczymi Złożenie zacementowanych beczek w tzw. mogilnikach, czyli w zaczopowanych otworach wiertniczych w podziemnych pokładach solnych, na głębokości 1000 m (składowisko ostateczne) Obróbka odpadów wypalone częściowo paliwo jądrowe zawiera pewną ilość materiału rozszczepialnego i paliworodnego po kilkumiesięcznym schładzaniu w basenie można transportować je w specjalnych pojemnikach do zakładów przeróbki wypalonego paliwa podczas przeróbki odzyskuje się: zubożony uran - po wzbogaceniu może być użyty ponownie do produkcji elementów paliwowych, pluton, który może być wykorzystany w reaktorach na neutrony prędkie. całkowite wykorzystanie paliwa wymaga wielokrotnego przejścia przez reaktor i zakład przeróbki, czyli określonego cyklu paliwowego 42
Pluton w wypalonym paliwie w reaktorach lekkowodnych, pracujących na niskowzbogaconym paliwie uranowym powstają izotopy plutonu najwięcej jest izotopu 239 Pu, a powstała mieszanina jest w około 75% materiałem rozszczepialnym odzyskany pluton z wypalonego paliwa jądrowego jest użyty do produkcji paliwa MOX 9/9 Zapraszam na przerwę Dziękuję za uwagę 43