plik

2.4. Typy palników stosowanych w kotłach małej mocy

Podział ze względu na paliwo:

GAZOWE:

- Atmosferyczne, pracują w warunkach ciśnienia atmosferycznego są stosowane w kotłach
domowych o mocach 80-100 kW, charakteryzują się naturalnym odprowadzeniem spalin
przez zimne powietrze, są to palniki kinetyczno-dyfuzyjne

- Wentylatorowe (in. nadmuchowe) do kotłów o mocach powyżej 100kW, proces

mieszania paliwa i powietrza jest wspomagany przez wentylatorowy, są to palniki kinetyczne

OLEJOWE:

- Wentylatorowe składają się z dmuchawy, zespołu urządzeń zabezpieczających i

sterujących oraz urządzeniem mieszankowym i zapłonowym

Podział palników ze względu na obciążenia:

- Palniki I stopniowy, pracuje wyłącznie w warunkach nominalnej mocy, generują duże straty,
ponieważ w czasie czuwania musi być włączony płomień pilotujący

- Palniki II stopniowy, pracuje w zakresie obciążeń 60% i 100%

- Palniki III stopniowy, pracuje w zakresie obciążeń 30%, 60% i 100%

- Palniki z mocą modulowaną (zmiennym obciążeniem) możemy płynie zmieniać

obciążenie w zależności od obciążenia kotła, stosowane w kotłach dużej mocy, wiszących i
kondensujących.

2.5. Sposoby zabezpieczenia kotłów małej mocy przed zbyt niską temperaturą wody

powrotnej

Kotły małej mocy to kotły używane w energetyce komunalnej przemysłowej, w gospodarstwach

domowych o mocy do 5 MW. Podział tych kotłów:

1) Małej mocy

<50 kW

2) Średniej mocy 50 – 350 kW
3) Dużej mocy

<350kW

Zbyt niska temperatura wody powrotnej może spowodować spadek temepratury ścianki

kotła poniżej temperatury punktu rosy spalin (ok. 35-40 ºC) i wykroplenie się pary wodnej w
spalinach, co może się przyczynić do korozji w kotle. Problem ten dotyczy zwykle kotłów śedniej i
dużej mocy, gdzie zład wodny (pojemność wodna instalacji grzewczej) jest większy.

Sposoby zabezpieczania:

1) Sposoby polegające na podmieszaniu wody powrotnej (zimnej) z gorącą wodą na wyjściu z

kotła. Stosuje się:



zawór trójdrogowy - kieruje część podgrzanej w kotle wody do rurociągu wody
powrotnej, gdzie są mieszane przed wlotem do kotła



zawór czterodrogowy (wg mnie działają tak samo – tworzą dodatkowy obieg kotłowy)-
chyba dla wyższych temperatur



moduł pompowy (najszybszy czas reakcji)

2) przerody wewnątrz kotła ( tzw. płaszcz rozbijający) kierują wodę powrotną tak, aby wstępnie

ogrzała się spływając wzdłuż ścian zewnętrznych kotła, a później miała kontakt z
płomienicami i plomieniówkami

3) Sposób działania wielowarstwowych konwekcyjnych powierzchni wymiany ciepła

Przepływowi ciepła od spalin na powierzchnię wymiany ciepła i stamtąd do wody kotłowej

sprzeciwia się określony opór. Ten opór przepływu ciepła stanowi sumę oporów częściowych, które
m.in. zależą od przewodności cieplnej materiałów, przez które następuje przepływ ciepła.

W zależności od podaży ciepła i poszczególnych oporów przepływu ciepła, na powierzchni

wymiany  ciepła  ustalają  się  określone  temperatury.  Na  temperaturę  powierzchni  po  stronie  spalin
miarodajny  wpływ  ma  nie  wysoka  temperatura  spalin,  lecz  o  wiele  niższa  temperatura  wody
kotłowej.  Przy  jednowarstwowych  powierzchniach  grzewczych  na  ściance  ustala  się  jedynie
nieznaczna  różnica  temperatur  między  temperaturą  wody  kotłowej  a  temperaturą  powierzchni  po
stronie  spalin.  Dlatego  para  wodna  zawarta  w  spalinach  może  się  skroplić,  jeśli  temperatura  wody
kotłowej  jest  niższa  od  punktu  rosy.  Natomiast  przy  wielowarstwowych  powierzchniach  wymiany
ciepła  powstaje  dodatkowy  opór  przepływu  ciepła.  Przez  konstrukcyjną  optymalizację  można  na
niego wpływać tak, aby przy niskiej temperaturze wody kotłowej temperatura ścianki kotła po stronie
spalin była wyższa od punktu rosy i w ten sposób zapobiegała kondensacji (rys. 13)

spowolnionego poziomego przepływu zapylonego gazu powoduje opadanie ziaren

pyłu do lejów pyłowych zlokalizowanych na dnie komory.

2. inercyjne - koncentratory inercyjne (żaluzjowe, stożkowe) - efekt odpadania pyłu

od głównego strumienia gazu na skutek elastycznych zderzeń ziaren z odpowiednio
uformowanymi przeszkodami.

3. odśrodkowe:

• cyklony, cyklony bateryjne, multicyklony - ściśle określona średnica cyklonu, istotna

prędkość gazu

(siła odśrodkowa, czas przebywania w odpylaczu) oraz szczelność zamknięcia

pyłowego; duża skuteczność odpylania dla cyklonów małych średnic, smukłej konstrukcji.

• koncentratory odśrodkowe (nie jest urządzeniem odpylającym) - zastosowanie w celu

zatężenia gazu zapylonego, aby zwiększyć skuteczność zainstalowanego dalej cyklonu.

• przeciwbieżne odpylacze cyklonowe - efekt siły odśrodkowej, wzmocniony w

porównaniu z cyklonami, poprzez wprowadzenie do przestrzeni roboczej dodatkowego
strumienia gazu, tzw. gazu

pomocniczego (w układzie otwartym, zamkniętym, recyrkulacyjnym), odporność na

erozję pyłową.

*Odpylacze filtracyjne - filtry tkaninowe. Efekt różnicy wielkości ziarna pyłu i

wielkości przekrojów przepływowych gazu w labiryntowej strukturze filtracyjnej,

Filtracja - proces osadzania rozdrobnionej fazy stałej w medium porowatym, które

może posiadać strukturę: włóknistą uporządkowaną, włóknistą nieuporządkowaną, ziarnistą,
kapilarną.

Aglomeraty pyłu powodują wzrost oporów przepływu, miejscowy wzrost prędkości

gazu, rozsuwanie

tkaniny, a w efekcie zmniejszenie skuteczności odpylania.

W celu uniknięcia ww. - regeneracja materiału filtracyjnego:

• mechaniczna - strzepywanie pionowe lub poziome, wibracje,

• pneumatyczna - strumień gazu o kierunku przeciwnym do przepływu gazu

zapylonego; ciągła - filtry

rewersyjne, pulsacyjna - filtry pulsacyjne

*Odpylacze elektrostatyczne - elektrofiltry. Efekt przyciągania uprzednio

naładowanego ziarna pyłu przez elektrodę oprzeciwnej biegunowości - jonizacja gazu.

Budowa elektrofiltru:

• komora robocza,

• elektroda ulotowa (emisyjna) o biegunowości ujemnej, wykonana z drutu

metalowego,

• elektroda zbiorcza (osadcza) o biegunowości dodatniej, wykonana z blach,

• transformatorowo - prostownikowy zespół zasilający elektrodę emisyjną prądem

stałym o wysokim napięciu,

• system oczyszczania elektrod z pyłu.

Rozwiązania konstrukcyjne:

• kierunek przepływu gazu: pionowe, poziome,

• kształt elektrody zbiorczej: rurowy, bateria elektrofiltrów, płytowe,

• liczba pól elektrycznych: jednopolowe, wielopolowe,

• liczba sekcji: jednosekcyjne, wielosekcyjne.

Bardzo wysokie skuteczności odpylania, powyżej 99%, możliwość odpylania

dowolnych ilości gazu.

II Odsiarczanie spalin.

Metody ograniczenia emisji:

1. Metoda sucha - wiązanie SO2 podczas spalania, wdmuchiwanie alkalicznego

sorbentu do komory paleniskowej kotła, w strefę temperatur 800 - 900OC (nad strefę
płomienia).

• sorbent: kamień wapienny CaCO3 lub wapno hydratyzowane Ca(OH)2 w postaci

mączki,

• konieczna niska temperatura, aby ziarna się nie spiekały,

• pogarsza skuteczność działania elektrofiltru,

• najlepiej sprawdza się w kotłach fluidalnych ze względu na niską temperaturę w

palenisku (800- 900OC) i długi czas przebywania,

• skuteczność odsiarczania 30-40%.

2. Metoda półsucha - usuwanie SO2 z gazów odlotowych, sorbent w postaci

zawiesiny wodnej lub roztworu wodnego wprowadzany jest do suszarki rozpyłowej
(absorbera), przez który przepływają spaliny, gdzie zachodzi absorpcja SO2 w kroplach
roztworu alkalicznego.

• sorbent: Na2CO3, NaHCO3, NaOH, Ca(OH)2, woda amoniakalna (25% roztwór

amoniaku),

• skuteczność odsiarczania 60-80%.

3. Metoda mokra (wapniakowa) - w IOS sorbent (roztwór wodny) jest rozpylany w

spalinach przepływających w przeciwprądzie przez reaktor. Produktem jest opadający na dno
reaktora uwodniony siarczan wapnia

• sorbent: CaCO3, Ca(OH)2 (mleczko wapienne),

• produkt końcowy: gips, dlatego, gdy znajdzie się jego odbiorca, to technologia jest

bezodpadowa,

• skuteczność odsiarczania > 90%.

III Odazotowanie spalin - ograniczenie emisji NOx.

Metody pierwotne – w komorze paleniskowej, zmiana organizacji spalania

Metody wtórne – za kotłem

1. recyrkulacja spalin - obniżenie temperatury w palenisku,

2. zmniejszenie nadmiaru powietrza - obserwuje się skutki uboczne: niedopał,

korozja,

3. stopniowanie powietrza - 15-25% powietrza podawanego do palników kieruje się

jako powietrze wtórne (dopalające) dodatkowymi dyszami (dysze OFA) nad palnikami
pyłowymi, pierwsza strefa spalania jest z niedomiarem powietrza, co obniża temperaturę
spalania,

4. stopniowanie paliwa (reburning) - spalanie trójstopniowe, podanie innego niż

podstawowe paliwo lub ultra - drobnego pyłu węglowego,

5. SNCR - selektywna redukcja niekatalityczna - iniekcja do komory paleniskowej, w

strefę temperatur 900-1000OC amoniaku lub mocznika,

6. SCR - selektywna redukcja katalityczna - konwersja tlenków azotu do N2 z

wykorzystaniem amoniaku jako gazu redukującego w obecności katalizatora; sprawność w
warunkach przemysłowych sprawność> 90%.

2.7. Klimatyzatory i systemy klimatyzacyjne

Klimatyzator - urządzenie do chłodzenia pomieszczenia.

Składa  się  ze sprężarki, parownika i skraplacza (te  dwa  ostatnie  wyposażone  w wentylator).
Wentylator  promieniowy  wymusza  obieg  powietrza  na  parowniku  umieszczonym  wewnątrz
chłodzonego pomieszczenia. Powietrze z pomieszczenia ochładza się na parowniku  oddając
ciepło czynnikowi chłodniczemu pośredniemu, który krąży w obiegu zamkniętym. Następnie

czynnik pośredni (gaz) zostaje sprężony w sprężarce (wzrasta jego temperatura

[1]

) i jest

przetłoczony  do  skraplacza  który  znajduje  się  na  zewnątrz  (w  powietrzu  zewnętrznym).  W
skraplaczu  ciepło  z  czynnika  zostaje  oddane  do  powietrza  zewnętrznego,  gaz  skrapla  się  i
staje  cieczą  (nadal  pod  wysokim  ciśnieniem).  Ciecz  dostaje  się  do  elementu  rozprężnego
(kapilara lub TZR),  gdzie  jest  dławiona  -  zostaje  zmniejszone  jej  ciśnienie  i  co  za  tym  idzie
temperatura.  Schłodzony  czynnik  w  postaci  cieczy  ponownie  zostaje  podany  na  parownik,
gdzie się ogrzewa od powietrza w pomieszczeniu i przechodzi w stan gazowy.

Rysunek 1 Chłodziarka sprężarkowa (schemat działania klimatyzatora

Klimatyzacja powinna zapewniać:

• temperaturę powietrza (+20oC - pokoje mieszkalne, przedpokoje, kuchnie, pokoje

biurowe

,sale

posiedzeń)

•

wilgotność

względną

powietrza

(optymalnie

~50-60%)

• prędkość ruchu powietrza w pomieszczeniu (Zaleca się aby ruch powietrza w pomieszczeniu
nie przekraczał prędkości ok. 0,5 m/s w obszarze przebywania w nim ludzi).

Klimatyzacja ma za zadanie ustalić powyższe parametry w pomieszczeniu w celu

zapewnienia warunków optymalnego dobrego samopoczucia (warunków komfortu).

Zalecana ilość powietrza:

Kanały wentylacyjne:

Kanały muszą być niepalne, wykonywane są najczęściej z blach stalowych,

aluminiowych, ew. z trudnopalnych tworzyw sztucznych (PCV). Najczęściej stosuje się
kanały o przekroju prostokątnym bądź okrągłym. Przy projektowaniu należy zwrócić uwagę
na prędkość przepływu w kanałach. Im większa prędkość tym mniejszy wymagany rozmiar
poprzeczny kanału, a więc mniej zużytego materiału i niższa cena. Z drugiej strony zbyt duża
prędkość wpływa na hałaśliwość przepływu. W praktyce zaleca się prędkość przepływu ~ 10
m/s.

Największym źródłem hałasu są wentylatory, a ich dźwięk można ograniczyć za

pomocą tłumików akustycznych.

- wymienników rotacyjnych

Wymiennik ten składa się z pakietow blach(aluminiowych) o zmarszczonej

powierzchni  nawiniętych  w  kształcie  spirali.  Powietrze  może  przepływać  pomiędzy  tymi
blachami  zjednej  na  drugą  stronę  walca.  Wymiana  ciepła  zachodzi  pomiędzy  materiałem
blach a powietrzem. W tym samym momencie jedna połowa blach walca ulega nagrzewaniu a
druga  połowa  wychładzaniu.  Obrot  walca  jest  powolny.  Oba  strumienie  powietrza  w
niewielkim stopniu mieszają się ze sobą.

- wymienniki z rurkami ciepła

Wymiennik ten składa się z pakietow lamel zgromadzonych w dwoch grupach: dolnej

i gornej. W lamelach osadzone są rurki ciepła wypełnione czynnikiem chłodniczym w stanie
nasycenia. Gdy dolna część wymiennika jest podgrzewana powietrzem, gorna oddaje ciepło -
możliwe jest więc jedynie przekazywanie ciepła z dolnej części wymiennika do gornej,
odwrotnie zaś nie. Oba strumienie powietrza nie mieszają się ze sobą.

- wymienniki glikolowe

Wymiennik ten składa się z dwoch wymiennikow lamelowych, przez ktore przepływa

czynnik pośredniczący (roztwor glikolu). Pompa wymusza przepływ cieczy. Stosuje się
standardowe wymienniki lamelowe. Wymienniki te mogą być oddalone od siebie na znaczne
odległości. Oba strumienie powietrza nie mieszają się ze sobą.

Filtracja powietrza

Zarówno pyły jak i drobnoustroje wędrujące kanałami wentylacyjnymi można

zatrzymywać na filtrach.

- pokrytego czarną matową farbą – 150oC

-pokrytego pokryciem selektywnym – 200-240oC

Temperatura w warunkach postoju nazywa się temperaturą stagnacji. Należy

uwzględnić ją już na etapie projektowania. Konstrukcja adsorbera oraz sposób zamontowania
powinny umożliwiać jego

szybkie i całkowite opróżnienie – średnice rur zbiorczych powinny być większe niż

średnice kanałów.

Kolektory skupiające:

1.  Kolektor paraboliczny:
2.  Fresnela
3.  Soczewki Fresnela
4.  Kolektor CPC (Compound Parabolic Concentrator)

2.8.2. FOTOOGNIWA:

Klasyfikacja:

- monokrystaliczne;

- polikrystaliczne;

- amorficzne.

Zalety:

- Bezgłośność;

- Brak spalin zanieczyszczających środowisko;

- Brak zużywających się części ruchomych;

- Niezależność od obecności linii przesyłowych (60% ludności świata

mieszka na obszarach bez linii przesyłowych).

Fotoogniwo składa się z cienkiej powierzchni krzemu typu n – tzn. takiego w którym

podstawowymi nośnikami energii są elektrony. Grubość powierzchni nie przekracza kilku
mikrometrów. Grubsza jest powierzchnia krzemu typu p o ładunkach dodatnich i dziurach

jako podstawowych nośnikach energii. Górna część fotoogniwa jest oprawiona w metalową
ramkę tworzącą styk elektryczny ujemny. Wymagania stawiane ujemnej elektrodzie to przede
wszystkich minimalizacja jej powierzchni  – aby nie przesłaniała światła słonecznego. Dolna
część  fotoogniwa  jest  pokryta  dobrze  dopasowanym  stykiem  prądowym  stanowiącym
elektrodę  dodatnią.  Górna  powierzchnia  fotoogniwa  musi  mieć  ukierunkowaną  jednorodną
strukturę,  a  więc  powinna  być  chemicznie  wytrawiona,  bez  mikroskopijnych  nierówności
powodujących  niepotrzebne  kierunkowe  odbicie  światła,  czyli  zmniejszenie  efektywności
ogniwa. Z tego samego powodu półprzewodnik typu n nie może być narażony na korozyjne
działanie  atmosfery  ziemskiej.  Osłona  chroni  fotoogniwo  przed  mechanicznym
uszkodzeniem.  Jej  obecność  ogranicza  ilość  promieniowania  strat.  Wymagane  aby
pochłaniała jak największą jego ilość.

Promieniowanie w zakresie widzialnym i podczerwonym wywołuje w fotoogniwie

efekt  strumienia  elektronów.  Energia  promieniowania  dochodzi  do  złącza  i  dolnej  części
ogniwa  przez  cienką  warstwę  górną.  Fotony  usuwają  elektrony  z  jej  sieci  krystalicznej  i
powodują  powstanie  ekwiwalentnego  ładunku  dodatniego  –  dziur.  Zachodzi  wówczas
zjawisko  polegające  na  przesunięciu  elektronu  z  pasma  walencyjnego,  przeskoczeniu  przez
niego pasma elektrycznie zabronionego i  pojawienie się  go w paśmie przewodzenia. Działa
więc mechanizm wytwarzania się ładunku dodatniego i ujemnego – para dziura-elektron – w
obszarze złącza. W rezultacie powstaje wewnętrzne, lokalne pole elektryczne spolaryzowane
w taki sposób, że następuje przesunięcie ruchomych elektronów do struktury typu n oraz do
elektrody  ujemnej,  a  także  przesunięcie  dziur  do  struktury  typu  p  i  do  elektrody  dodatniej.
Zjawisko zachodzi gdy energia fotonu jest większa od energii niezbędnej do pokonania pasma
energetycznego zabronionego.

Proces zmiany energii promieniowania świetlnego na energię elektryczną powoduje

nagrzewanie się ogniwa – osłabiając w ten sposób mechanizm wytwarzania ładunków
elektrycznych, a tym samym zmniejszając sprawność ogniwa.

Charakterystyki fotoogniw:

Każde ogniwo zawiera relatywnie rozległe złącze p-n – ta cecha fizyczna umożliwia

porównanie go do diody półprzewodnikowej. Charakterystyka napięciowo-prądowa ogniwa
nieoświetlonego jest

odpowiednikiem klasycznej charakterystyki diody krzemowej łącznie z niewielkim

prądem w kierunku zaporowym. Jednym ze sposobów zwiększenia mocy oraz efektywności,
jest zagęszczenie strumienia świetlnego. Wadą tego rozwiązania jest nadmierne nagrzewanie
się ogniwa, co

zmniejsza efektywność przemian energetycznych. Na potrzeby analizy wprowadzono

pojęcie: stopnia koncentracji – ilorazu szerokości rozpiętości optycznej do szerokości
powierzchni absorbującej promieniowanie. Umożliwiło to uzależnienie charakterystyki mocy
wyjściowej i sprawności od geometrii urządzenia. Zależą one także od rodzaju ogniwa i
technologii wykonania. Należy pamiętać, że zastosowanie odbłyśników i soczewek powoduje

powstawanie  dodatkowych  strat.  Promienie  przepuszczone  przez  soczewkę  lub  odbite  za
każdym  razem  zostają  częściowo  pochłaniane,  a  więc  zmniejsza  się  ich  energia.  Drugi
problem  stanowi  wydzielające  się  ciepło,  które  również  daje  się  spożytkować.  Jedną  z
propozycji jest koncepcja przetwornika termofotoelektrycznego.

2.9. Pompy ciepła

Zasada działania pompy ciepła

Urządzenia te rożnią się źrodłem, z ktorego pobierają ciepło, a są nim najczęściej:

powietrze atmosferyczne, grunt (za pośrednictwem roztworu glikolu krążącego w kolektorach

lub sondach gruntowych) lub woda gruntowa. Wspomniane płyny przepływając przez

parownik w pompie ciepła (UWAGA! Nie dotyczy to wody gruntowej, w przypadku ktorej

należy stosować wymiennik pośredni.), powodują odparowanie znajdującego się tam

czynnika roboczego o niskiej temperaturze wrzenia(czynnik o niskim ciśnieniu). Ten,

odparowując, pobiera pewną ilość ciepła. Dalej sprężarka zasysa i spręża odparowany

czynnik roboczy. Wywołanemu wzrostowi ciśnienia towarzyszy wzrost temperatury. Para

czynnika o podwyższonym ciśnieniu i temperaturze „przechodzi” do skraplacza

(kondensatora), gdzie ulega skropleniu. Podobnie, jak odparowując czynnik pobierał ciepło,

tak skraplając się, oddaje je do wody grzewczej, ktora rownież przepływa przez kondensator.

Energia przekazana wodzie grzewczej stanowi sumę ciepła pobranego w parowniku oraz

energii elektrycznej zużytej przez sprężarkę (pomniejszonych o pewne straty, ktorych żaden

układ nie może uniknąć).Następnie czynnik roboczy poprzez zawor rozprężny powraca do

parametrow wyjściowych (niskie ciśnienie i temperatura) i ponownie ulega odparowaniu

2.10. System elektroenergetyczny i jego elementy składowe

System elektroenergetyczny -

zespół urządzeń służących do wytwarzania, przesyłu,

przetwarzania i użytkowania energii elektrycznej. Zadaniem SEE jest realizacja procesu
ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom, przy minimalizacji nakładów
przeznaczonych na ten cel.

Elementami głównymi systemu elektroenergetycznego są:

1 - elektrownie, przetwarzające energię chemiczną (zawartą w paliwach), jądrową lub

potencjalną (spiętrzona woda)w energię elektryczną,

2 - sieci elektroenergetyczne, w skład których wchodzą:

• stacje rozdzielcze i transformatorowo-rozdzielcze, w których następuje rozdział

energii elektrycznej oraz zmiana napięcia,

• linie przesyłowe, którymi przesyła się energię elektryczną między elektrowniami,

stacjami i odbiornikami,

3 - odbiorniki energii elektrycznej, w których następuje zamiana energii elektrycznej

w mechaniczną (silniki), cieplną (piece elektryczne, grzejniki itd.), chemiczną (odbiorniki
elektrochemiczne) lub promienistą (źródła światła).

Duże elektrownie systemowe wytwarzają moc, która jest transformowana z napięcia

na zaciskach generatorów na napięcie 400 kV lub 220 kV, następnie przesyłana do stacji
NN/110 kV. Oprócz tradycyjnych elektrowni systemowych występują również duże farmy
wiatrowe przyłączane bezpośrednio do sieci przesyłowej 400/220 kV

Siec przesylowa 400/220 kV

System
zagraniczny

Stacje400/110 kV

Stacje220/110 kV

Stacje400/110 kV

Elektrow nie

cieplne

Elektrow nie

wodne

Linie

wymiany

Stacje 110/SN

Stacja 110/6kV

Siec 20 kV

z odbiorami

Turbina
cieplna

Stacja 110/15 kV

0.4 kV

15 kV

20 kV

0.4 kV

6 kV

Sieć przemyslowa

Siec

niskiego

napięcia z

odbiorami

Turbina
wodna

Turbina
wiatrowa

Schemat ideowy systemu elektroenergetycznego.

Na rysunku poniżej pokazano schemat połączenia dużego bloku do KSE w Elektrowni
Bełchatów. Z punktu widzenia ustalonych stanów pracy istotne są zmiany mocy czynnej i
biernej generatora.

YBEL-G13

G13

BEL4-TB1

TRE421

BEL411

Ppw=50 MW
Qpw=60 Mvar

BEL4-TB2

SEE

BEL_4_13

Sn=1042 MVA
Un=27 kV
Pmax=858 MW
Pmin=560 MW
Qmax=400 Mvar
Qmin=-70 Mvar

Sn=700 MVA
Un=420/27 kV
uk=15%

45 km

525 mm2

Rys. 1.2. Schemat połączenia bloku 858 MW w El. Bełchatów z węzłem Trębaczów

400 kV

Węzły sieci przesyłowej oprócz nazw długich mają kody, którymi posługują się

analitycy systemowi. Przykładowo TRE421 oznacza:



TRE - stacja Trębaczów,



4 - napięcie 400 kV



2 - drugi system szyn w stacji,



1 - pierwszy obszar KSE (Centrum)

Stosowanie kodów węzłów, linii, transformatorów, łączników szyn, generatorów ułatwia
komputerową analizę wyników obliczeń elektroenergetycznych, jakimi są obliczenia
rozpływów mocy oraz obliczenia prądów zwarciowych.

Ze stacji NN/110 kV jest zasilana sieć rozdzielcza 110 kV. Powinna ona pełnić

funkcje  rozdziału  mocy  między  stacje  110/SN,  z  których  zasilani  są  końcowi  odbiorcy.
Przesył  mocy  jest  związany  ze  spadkami  napięć  i  stratami  mocy.  Związane  z  tym  analizy
techniczne  wymagają  zbudowania  modelu  systemu  elektroenergetycznego  opisującego
wzajemne relacje napięć i mocy.

W Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE) niektóre linie pełnią również

funkcje przesyłowe. Są to linie wchodzące w skład ciągu 110 kV łączącego stacje NN/110 kV
po stronie 110 kV. Ciągi te rezerwują przesył mocy liniami 400 kV lub 220 kV. Mogą mieć
skomplikowaną konfigurację i  bardzo często  linie 110 kV są  wspólne dla wielu  ciągów. W
przypadku wyłączenia linii 400 lub 220 kV ciągi 110 kV przejmują na siebie przesył mocy z
elektrowni systemowych do odbiorów. O zdolności przejmowania przepływów mocy z sieci
400/220  kV przez dany  ciąg 110 kV decyduje stosunek reaktancji zastępczej  po stronie NN
do  reaktancji  ciągu  110  kV  oraz  rozchył  kątowy  między  wektorami  napięć  w  stacjach  NN.

Badanie tych zjawisk wymaga zbudowania modeli opisujących wzajemne relacje napięć,
mocy, prądów i reaktancji.

Sieć elektroenergetyczna

Sieć elektroenergetyczna obejmuje linie oraz transformatory, zwane gałęziami i służy

do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. Gałęzie łączą węzły, którymi są odpowiednie
systemy szyn w stacji elektroenergetycznej.

Do przesyłu służą linie napowietrzne i kablowe.

1. Rozdział następuje w stacjach elektroenergetycznych za pomocą transformatorów,

szyn i łączników. W stacjach elektroenergetycznych znajdują się również urządzenia
pomiarowe, zabezpieczenia, urządzenia sygnalizacyjne i sterownicze.

2. Odbiorcy energii elektrycznej to osoby prawne lub fizyczne, zawierające umowę, z

dystrybutorem energii elektrycznej na danym terenie, o dostarczenie energii
elektrycznej.

3. Z punktu widzenia analizy systemu elektroenergetycznego istotny jest odbiór

kompleksowy.  Jest  nim  np.  duży  zakład  przemysłowy  zasilany  z  węzła  sieci
przesyłowej  lub  sieć  rozdzielcza  110  kV  i  średniego  napięcia  na  danym  obszarze
zasilana z węzła sieci przesyłowej. Cechą charakterystyczną odbioru kompleksowego
jest  pobór  mocy  rzędu  kilkudziesięciu  -  kilkuset  MW  oraz  zasilanie  z  sieci
przesyłowej.

4. Moc elektryczna dostarczona liniami przesyłowymi wysokich napięć jest następnie

rozprowadzana między odbiorców za pomocą sieci rozdzielczych, które w
odróżnieniu od sieci przesyłowej są siecią promieniową lub o niewielkiej liczbie
oczek.

5. W Polsce są to linie 110 kV i średnich napięć (60, 40, 30, 20, 15, 10 kV).
6. Krajowa sieć 110kV, jakkolwiek jest siecią dystrybucyjną, to poprzez oczkową

konfigurację, bierze częściowy udział w przesyle energii elektrycznej, równolegle z
siecią przesyłową najwyższych napięć.

7. Spośród różnych występujących obecnie poziomów średnich napięć za rozwojowe

uważa się 20 kV. Część odbiorców jest zasilana bezpośrednio z węzłów na średnim
napięciu. Są to mniejsze zakłady przemysłowe. Pozostali odbiorcy to odbiorcy
niskonapięciowi, zasilani z punktów transformatorowych, w których średnie napięcie
jest transformowane na 400V.

Elektrownie

Wśród elektrowni największe znaczenie mają elektrownie przetwarzające energię

cieplną  na  energię  elektryczną,  w  tym  także  elektrownie  atomowe.  Te  elektrownie  są
stosunkowo  tanie,  pracują  prawie  cały  rok  i  wytwarzają  najwięcej  energii  elektrycznej.
Podstawową jednostką wytwórczą jest blok energetyczny składający się z turbiny, generatora
i  transformatora blokowego.  Ich wadą jest długi rozruch wynoszący  ok.  6-8  godzin.  Z tego
powodu  bloki  cieplne  nie  powinny  być  często  wyłączane  i  załączane.  Kolejna  wada  to
stosunkowo  wąski  przedział  zmienności  wytwarzanej  mocy.  Minimalna  moc  mechaniczna
bloku wynosi ok. 60% mocy znamionowej.

Turbina energię cieplną pobieraną z kotła zamienia na energię mechaniczną. Para

wodna o wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem uderza w łopatki wirnika turbiny
wprawiając  go  w  ruch  obrotowy.  Wirnik  turbiny  jest  sprzężony  z  wirnikiem  generatora.  W
obwodach elektrycznych wirnika generatora wytwarzane jest pole magnetyczne, które wirując
wraz  z  wirnikiem  wytwarza  siły  elektromotoryczne  w  uzwojeniach  stojana  generatora.
Wytwarzany  jest  napięcie  i  prąd  3-fazowy  o  częstotliwości  50  Hz.  Zachwianie  równowagi
miedzy  energią  mechaniczną  i  elektryczną  powoduje  przyśpieszanie  lub  hamowanie  ruchu
wirników  i  może  zakończyć  się  awaria  systemową.  Badanie  tych  zjawisk  wymaga
zbudowanie modeli opartych nas równaniach różniczkowych ruchu obrotowego

Duże prądy elektryczne nie mogą być przesyłane na duże odległości ze względu na

wytrzymałość  cieplną  przewodów  linii  i  kabli.  Konieczne  jest  zmniejszenie  wartości  prądu
poprzez  podniesienie  napięcia.  W  rezultacie  ta  sama  moc  elektryczna  generatora  jest
przesyłana na duże odległości przy znacznie mniejszym prądzie. Służą do tego transformatory
blokowe  o  mocy  znamionowej  nieco  większej  od  mocy  znamionowej  generatora.  Badanie
tych zjawisk wymaga oblicze elektroenergetycznych opartych na nieliniowych zależnościach
miedzy mocami i napięciami w systemie elektroenergetycznym.

Do elektrowni cieplnych zaliczyć należy również elektrociepłownie, które energię

elektryczną wytwarzają jako uzupełnienie wytwarzania ciepła. Zwykle są przyłączane do sieci
110 kV. W zakładach przemysłowych elektrociepłownie są przyłączane bezpośrednio do sieci
6 kV.

W niektórych systemach duże znaczenie mają elektrownie przepływowe wodne,

wykorzystujące energię kinetyczną spiętrzonej wody dużych rzek nizinnych lub rzek
górskich. Spiętrzona woda spływa przepustami w dół i napędza turbiny wodne. Energia
potencjalna spiętrzonej wody jest zamieniana na energię kinetyczną, a energia kinetyczna na
energię mechaniczną. Turbina wodna napędza generator, który zamienia energię mechaniczną
na elektryczną. Zaletą turbiny wodnej jest jej szybki rozruch. Podobnie jak w elektrowniach
cieplnych konieczne jest tu analizowanie równań różniczkowych ruchu obrotowego wirników
w przypadku naruszenia równowagi między energia mechaniczna i elektryczną.

Budowane są również elektrownie wodne zbiornikowe i pompowe o mniejszej mocy

turbin. Mają one przede wszystkim znaczenie regulacyjne w systemie, gdyż mogą być szybko
uruchamiane w szczycie zapotrzebowania mocy, a w nocy przepompowują wodę z dolnego
zbiornika do górnego.

Obecnie, coraz większego znaczenia napierają odnawialne źródła energii elektrycznej.

Są  to  głównie  elektrownie  wiatrowe,  małe  elektrownie  wodne,  elektrownie  na  biogaz  oraz
elektrownie  pływowe  wykorzystujące  energię  przypływów  i  odpływów  mórz  i  oceanów,
także elektrownie geotermiczne. Na mniejszą skalę stosowane są również ogniwa paliwowe i
słoneczne.  Odnawialne  źródła  energii  ze  względu  na  małą  moc  są  przyłączane  do  sieci
średniego  napięcia,  a  nawet  niskiego  napięcia.  Pracują  zatem  w  bliskiej  odległości
elektrycznej  od odbiorcy, co przyczynia się do zmniejszenia strat  przesyłowych w systemie
elektroenergetycznym.

Załączanie małych elektrowni do sieci średniego napięcia powoduje podnoszenie się

napięcia w sieci, a wyłączanie - obniżanie się napięcia w sieci. Zmiany napięcia muszą się
mieścić w dopuszczalnych zakresach procentowych. Szczególnie uciążliwe jest to w