Podstawy Energetyki

sem. V

Wykład 5

2

Wycieczka do
elektrociepłowni

z

Elektrociepłownie
Wybrzeże S.A.

z

Elektrociepłownia
Gdańska (Ec2)

z

ul. Wiślna 6/16
80-555 Gdańsk

z

www.ecwybrzeze.pl

3

Sprawność elektrowni

z

Sprawność wewnętrzna turbiny i sprawność
rzeczywista (energetyczna) obiegu elektrowni

z

Sprawności urządzeń energetycznych i
sprawność brutto bloku elektrowni

z

Potrzeby własne i sprawność netto bloku
elektrowni

z

Wskaźniki jednostkowe pracy bloku
elektrowni

4

Pytanie

z

Jakie oszczędności można osiągnąć w bloku
elektrowni o mocy 200 MW poprawiając jego
sprawność o 1% ?

z

Zużycie węgla ─ 1 skład wagonów (1600 t)
co 2 dni

z

Cena węgla ─ 400 zł/t

z

1600*180*1%*400 = 1,2 mln zł/a

5

Rzeczywiste rozprężanie pary
w turbinie

z

W obiegu rzeczywistym

zamiast izentropy 1-2s

występuje politropa 1-2

z

Entropia i entalpia pary

wylotowej są większe

niż w punkcie 2s, co

oznacza wzrost ciepła

oddawanego w skrapla-

czu q

ws

oraz spadek

pracy rozprężania l

t

<l

tt

z

W efekcie: sprawność

maleje

6

Sprawność wewnętrzna
turbiny

z

Rzeczywista praca
rozprężania pary w
turbinie l

t

=i

1

-i

2

jest

mniejsza niż praca
teoretyczna l

tt

=i

1

-i

2s

z

Iloraz l

t

/l

tt

nazywa się

sprawnością
wewnętrzną turbiny

z

Dotyczy obiegu
Rankine’a i Hirna !

s

i

i

i

i

i

2

1

2

1

−

−

=

η

1

<

=

tt

t

i

l

l

η

7

Sprawność rzeczywista
(energetyczna) obiegu elektrowni

s

s

i

t

o

i

i

i

i

i

i

i

i

2

1

2

1

3

1

2

1

−

−

−

−

=

⋅

=

η

η

η

3

1

2

1

i

i

i

i

o

−

−

=

η

z

Sprawność rzeczywista obiegu ─ iloczyn:

z

sprawności teoretycznej obiegu

z

sprawności wewnętrznej turbiny

8

Straty energii w obiegu
elektrowni

z

Straty energii w skraplaczu i straty
rzeczywistego rozprężania w turbinie ─
straty termodynamiczne

z

Straty energii w urządzeniach elektrowni ─
straty techniczne:

z

Straty ciepła w kotle

z

Straty ciepła w rurociągach

z

Straty mechaniczne turbozespołu

z

Straty elektryczne generatora

9

Sprawności urządzeń
energetycznych

10

Chłodzenie generatorów

z

Podczas pracy generatory wytwarzają duże

ilości ciepła rzędu 1-2% wydawanej mocy, które

muszą być na bieżąco odprowadzane. W

przeciwnym razie następuje niedopuszczalny

przyrost temperatury izolacji uzwojeń oraz

elementów konstrukcji stojana i wirnika

prowadzący do skrócenia żywotności lub nawet

awarii maszyny.

z

Wirniki generatorów mniejszych mocy są

chłodzone powietrzem, natomiast przy

większych mocach (powyżej 100 MW) przyjęto

stosowanie bardziej wydajnego czynnika

chłodzącego, jakim jest wodór.

z

Jako czynnik chłodzący, wodór góruje nad

powietrzem pod względem pojemności cieplnej

i znacznie niższej lepkości. Straty wentylacji

generatorów chłodzonych wodorem są również

mniejsze, dzięki czemu ich sprawność jest

wyższa.

z

Z drugiej strony gaz ten stwarza jednak

poważne zagrożenia pożarowe i wybuchowe,

koszty jego wytwarzania są wysokie, a

gospodarka kłopotliwa i obwarowana wieloma

rygorystycznymi przepisami.

11

Chłodzenie (i smarowanie)
łożysk turbozespołów

12

Sprawność brutto
elektrowni

g

m

i

t

r

k

b

η

η

η

η

η

η

η

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

em

o

kr

b

η

η

η

η

⋅

⋅

=

z

Sprawność brutto odnosi się do mocy na zaciskach
generatora i zawiera następujące sprawności cząstkowe:

z

Sprawność kotła i rurociągów parowych

z

Sprawność rzeczywistą obiegu

z

Sprawność elektromechaniczną turbozespołu

η

kr

η

o

η

em

13

Potrzeby własne i sprawność
netto elektrowni

ε

η

η

η

η

η

ε

η

η

⋅

⋅

⋅

=

−

=

em

o

kr

n

b

n

)

1

(

14

Moc i strumień pary w obiegu

z

Moc teoretyczna
turbiny

z

Moc wewnętrzna
turbiny

z

Moc mechaniczna
turbiny

z

Moc elektryczna
generatora

(

)

(

)

(

)

(

)

em

T

g

m

g

m

T

m

i

m

T

i

t

i

s

T

t

i

i

D

P

P

i

i

D

P

P

i

i

D

P

P

i

i

D

P

η

η

η

η

η

2

1

2

1

2

1

2

1

−

=

=

−

=

=

−

=

=

−

=

15

Wskaźniki jednostkowe pracy
bloku elektrowni

z

Jednostkowe zużycie
pary przez turbozespół

z

Jednostkowe zużycie
ciepła w elektrowni ─
brutto (netto)

z

Jednostkowe zużycie
paliwa umownego

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅

=

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

⋅

=

=

−

−

=

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

⋅

−

=

−

=

−

=

=

h

kW

kg

W

b

W

q

b

h

kW

kJ

q

i

i

D

i

i

D

P

Q

q

h

kW

kg

i

i

d

i

i

i

i

D

D

P

D

d

u

p

b

u

p

u

p

u

p

b

u

p

b

b

em

o

kr

em

T

kr

T

g

k

b

em

T

em

em

T

T

g

T

T

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

2

1

3

1

2

1

2

1

2

1

3600

3600

1

/

3600

1

η

η

η

η

η

η

η

η

η

η

16

Zwiększanie sprawności
obiegu w elektrowniach

Międzystopniowy przegrzew pary

17

Zwiększanie sprawności
obiegu w elektrowniach

Regeneracyjny podgrzew wody zasilającej

18

Elektrociepłownie ─ wzrost
sprawności wykorzystania energii