.Klasyfikacja elektrowni
I grupa:
Elektrownie cieplne - korzystające z naturalnych paliw kopalnych(65%). Do tej grupy zaliczamy:
- Elektrownie parowe - w których realizowany jest obieg Rankina, są opalana paliwem stałym(węg. Kamienny i brunatny). Charakteryzują się dużymi mocami jednostkowymi. Mają niską sprawność, wykorzystują surowce w 30-40%.
- Elektrownie gazowe -są to turbozespoły gazowe. Wykorzystują paliwa gazowe, ale również mogą wykorzystywać paliwa ciekłe. Moce jednostkowe są zdecydowanie mniejsze-kilka, kilkadziesiąt MW. Wada jest wysoka temp. spalin
- Elektrownie (agregaty wytwórcze) oparte na silnikach Diesla - mają najwyższą sprawność, moce od kilkuset kW do 20MW, używają olej napędowy, nie wymagają (albo b. mało) wody, są manewrowe.
Stosuje się ogniwa paliwowe - urządzenia w których energia chemiczna paliwa jest zamieniana bezpośrednio w energię elektryczną.
II grupa:
- Elektrownie wodne:
1.elektrownie przepływowe - budowane na dużych rzekach, pracują przy niskich spadach, a dużym przepływie wody.
2.elektrownie zbiornikowe - charakteryzują się dużymi spadami, a małymi przepływami wody, współpracują z zaporami. Zazwyczaj przepustowość turbin jest większa od ilości wody dopływającej do zbiornika. Odmianą e.z. jest elektrownia pompowo-szczytowa.
III grupa
Elektrownie jądrowe - są to też elektrownie parowe, źródłem ciepła jest reaktor jądrowy, obieg parowy jest realizowany na niskich lub normalnych obiegach, moc od 1000 do 1300 MW.
IV grupa:
Elektrownie wykorzystujące surowce odnawialne:
- Elektrownie wiatrowe - wykorzystują energię wiatrową
- Elektrownie słoneczne - elektr. Fotowoltamiczne elektr. Cheliotermiczne
Zadania elektrowni
Czas wykorzystania mocy zainstalowanej dla elektrowni podstawowych od 15-20godz/h. Elektrownie podstawowe pracują w sposób ciągły. Czas wykorzystania mocy dla elektrowni podszczytowych 6-12godz/h, a szczytowe 2-6godz/h.
Elektrownie podst. to:
- Elektrownie wodne-przepływowe, jądrowe, cieplne
Elektrownie szczytowe: pompowo-szczytowe, zbiornikowe
Elektrownie podszczytowe: zbiornikowe, cieplne
Nasza energetyka oparta jest o elektrownie cieplne. Podstawowe są elektrownie opalane węglem kamiennym i brunatnym. Elektrownie wodne - w naszym systemie jest ich nie dużo w Polsce. Jedyna elektrownia to Włocławek. Moce zainstalowane są w elektrowniach pompowo szczytowych (największe moce).
Układ technologiczny elektrowni parowej
dzieli się na następujące bloki:
- Powietrze, paliwo, spaliny (doprowadzenie surowca energetycznego, utleniacza)
- Obieg parowo-wodny (obieg w którym realizowany jest obieg Rankina oraz zamiana ciepła w pracę mechaniczną)
- Ukł. Chłodzenia skraplaczy - oddzielny elem. Ukł. Technologicznego
- Część elektryczna - G, TZ, TB - regulacje mocy generatora przeprowadza się przez regulacje turbiny. W turbinie moc mechaniczna zamieniana jest na elektryczna. Moc bierną regulujemy przez prąd wzbudzenia, a czynną przez regulacje turbiny.
Obliczanie spalania
C(węgiel), H(wodór), S(siarka), N(azot), O(tlen), W(wilgoć), A(popiół).
C+H+S+N+O+W+A=100%
C+O2=CO2, S+O2=SO2 , H2+0,5O2=H2O
Udział kilomolowy n' - ilość kmoli poszczególnych gazów w 1 kg paliwowa
Obliczanie teoretycznego zapotrzebowania tlenu
λ-wsp. Nadmiaru utleniacza
λ=0,5 (gazy) , λ=1,1 (pal. ciekłe), λ=1,2-2 (pal. stałe)
Wyznaczenie ilości i składu spalin (n” )
- Składniki spalin powstałe w wyniku spalania całkowitego całkowitego i zupełnego
CO2 , SO2 , N2 , O2 , H2O
Ilość spalin suchych ( n”ss)
ilość spalin wilgotnych ( n”SW)
Skład spalin
[CO2]-udziałw spalinach suchych
(CO2)-udział w spalinach wilgotnych
- Składniki spalin powstałe w wyniku spalania całkowitego niecałkowitego i niezupełnego
Bilans węgla w paliwie
gdzie:
masa popiołu w 1 kg C
B- strumień paliwa [kg/s]
Qw - wartość opałowa
Q=D(iP -iWZ) [kJ/s]
Q- ilość ciepła, którą przyjął czynnik termodynamiczny w kotle
Entalpia i [kJ/kg]-suma energii wewnętrznej(energi związanej z temp.) i pracy przetłaczania(pracy która trzeba włożyć)
Qw- ilość ciepła jaką uzyskuje się przy zupełnym i całkowitym spaleniu 1 kg paliwa, jeżeli spaliny przy oddawaniu ciepła zostaną ochłodzone do początkowej temp. Paliwa i utleniacza, a para wodna zawarta w spalinach pozostanie w fazie gazowej
BQW- ilość doprowadzonej energii
ΔQ- ilość strat
Wartość opałowa jest wyznaczana doświadczalnie.
Dla paliw stałych można ja wyliczyć z zależności:
Wyznaczanie sprawności kotła metoda pośrednią:
Straty całkowitego spalania (Sn%)
Straty niezupełnego spalania (Sg%)
Strata wylotowa (kominowa) zależna od temp. i ilości spalin (SW%)
Strata w żużlu (Sż%)
Strata promieniowania (strata oddawania ciepła drogą konwekcji i promieniowania) (Spr%)
n”C - ilość kilomoli węgla która się nie spala
n”C·12 - kg nie spalonego węgla
n'C- ilość kilomoli
n'C·22,42 - ilość umownych moli CO
n'C·22,42·12600 - wartość opałowa CO odnosząca się do 1 metra sześciennego CO
ISW - ciepło unoszone ze spalinami powstające ze spalenia 1 kg węgla
Ipow - ilość ciepła wnoszona do spalania z powietrzem potrzebnym do spalenia 1 kg wegla
Przejście wody w parę
woda
para nasycona
para przegrzana
p=const - izobary , t=const - izotermy
s=const- adiabata
S[kJ/kgK] , i[kL/kg] , k - punkt krytyczny
X=0 - krzywa graniczna wody wrzącej
X=1 - krzywa graniczna pary nasyconej suchej
Obieg Ranking
1-2 rozprężanie pary
2-3 oddanie ciepła przez skroplenie rozprężenonej pary
3-4 sprężenie (pompowanie wody)
4-1 2 izobara, doprowadzenie ciepła
(1) - odparowanie, (2) - przegrzew pary
(i1-i2) - rozprężanie (i4-i3) - sprężanie
(i1-i4) - ciepło doprowadzone
K- kocioł , T - turbina , S - skraplacz
Pwz - pompa wody zasilającej
W kotle woda zmienia się w parę. W turbinie para jest sprężana. Wskraplaczu para zamienia się w wodę. W pompie woda się spręża.
-Sprawność rurociągu
-Sprawność wewnętrzna turbiny
Bilans kotła:
B·Qw·ηK - ilość ener.przejęta w parze w kotle
B·Qw- ilość ciepła doprowadzona w paliwie
(i0-iwz) - ilość ciepła którą pobiera kg pary w kotle
D(i1-i2') - moc wewn. turbiny -ilość ciepła która w turbinie została efektywnie wykorzystana
ηtob = ηtr ·ηr ·ηi - sprwn. termiczna obiegu
,
Ni- moc wewnętrzna
Nm - moc mechaniczna
Nel - moc elektryczna
ηm - sprawność mechaniczna
ηg - sprawność generatora
Sprawność elektrowni
Sprawność wewn. turbiny - 0,7-0,89
Sprawność mechaniczna turbiny - 0,96-0,98
Sprawność generatora - 0,96-0,98
Trzy poziomy temp. pary za kotłem
540-poziom najniższy(dla stali stopowych)
560- poziom średni(dla stali wysokostopowej)
650 i więcej - poziom najwyższy (dla stali austentycznych)