1

6. ELEKTROWNIE GAZOWE

Blok elektrowni gazowej

Elementy bloku elektrowni

Zalety, wady

2

Układy pracy otwarty i zamknięty

3

Otwarty obieg powietrza i spalin

Schemat turbiny gazowej z przykładowymi
temperaturami w charakterystycznych punktach
układu; S - sprężarka, KS - komora spalania, T -
turbina, ω - prędkość kątowa wału, M - moment
obrotowy na wale

4

Przemiany obiegu

G

P

e

TW

P

P

P

n

G



P

m

TG

KS

SP

1

2

3

4

a)

b)

0

S

T

T

T

1

3

3

4

4

1

2

2

p

2

S

S

p

1

5

Sprawność obiegu

W obiegu rzeczywistym
przemiany nie są idealne, stąd
punkty 2 i 4, zamiast 2s i 4s, a to
oznacza, że rzeczywisty przyrost
temperatury w sprężarce
wynoszący

T

2

- T

1

> T

2s

- T

1

,

a rzeczywisty spadek
temperatury w turbinie T

3

- T

4

<

T

3

- T

4s

,

różnice te wynikają ze
sprawności wewnętrznej
sprężarki 

s

i turbiny 

t

:

1

2

1

2

T

T

T

T

s

s









s

t

T

T

T

T

4

3

4

3









S

b)

0

T

T

T

1

3

3

4

4

1

2

2

p

2

S

S

p

1

6

Sprawność obiegu

Sprawność

teoretycznego

obiegu

Braytona:













1

2

1

1

3

4

1

1

1

1





























p

p

T

T

s

tB

g

d

z

i

e

:



–

s

t

o

p

i

e

ń

s

p

r

ę

ż

a

n

i

a

:











1

4

3

1

2

,









s

T

T

p

p

,



–

w

y

k

ł

a

d

n

i

k

a

d

i

a

b

a

t

y

:

v

p

c

c





,

c

p

–

c

i

e

p

ł

o

w

ł

a

ś

c

i

w

e

g

a

z

u

p

r

z

y

s

t

a

ł

y

m

c

i

ś

n

i

e

n

i

u

,

c

v

–

c

i

e

p

ł

o

w

ł

a

ś

c

i

w

e

g

a

z

u

p

r

z

y

s

t

a

ł

e

j

o

b

j

ę

t

o

ś

c

i

.

b)

0

T

T

T

1

3

3

4

4

1

2

2

p

2

S

S

p

1

7

Sprawność energetyczna

Sprawność energetyczna obiegu jest stosunkiem ciepła
przetworzonego na pracę do ciepła doprowadzonego do
układu.

)

(

)

(

)

(

2

3

1

2

4

3

T

T

c

T

T

c

T

T

c

pk

ps

pt

og













Ogólnie sprawność prostego obiegu gazowego nie przekracza  ~ 30

%.

8

Regeneracyjny podgrzew powietrza

G

P

e

TW

P

P
P

n

G



P

m

KS

SP

1

2

3

4

b)

0

S

T

T

T

1

3

3

1

2

2

p

2

S

6

WR

TG

5

6

4s

4



r

a)

5

4

9

Sprawność obiegu z regeneracyjnym

podgrzewem

Sprawność takiego
obiegu

)

T

T

(

c

)

T

T

(

c

)

T

T

(

c

5

3

pk

1

2

ps

4

3

pt

og













0

S

T

T

T

1

3

3

1

2

2

p

2

S

5

6

4s

4





r

jest wyższa niż obiegu bez
regeneracyjnego

podgrzewu

powietrza bowiem T

3

- T

5

< T

3

-

T

2.

10

Zwiększanie sprawności

Dalsze zwiększanie sprawności polega na
stosowaniu obiegów z :

miedzystopniowym chłodzeniem
powietrza,

miedzystopniowym podgrzewaniem
spalin i

regeneracyjnym podgrzewaniem
powietrza.

11

Zwiększanie sprawności

Obieg z miedzystopniowym chłodzeniem
powietrza,

Schemat turbiny gazowej z międzystopniowym chłodzeniem
sprężanego powietrza; S1 - sprężarka niskoprężna, S2 - sprężarka
wysokoprężna, KS - komora spalania, T - turbina, G - generator
elektryczny, CH - chłodnica powietrza

12

Układ z przegrzewem spalin

Schemat turbiny gazowej z międzystopniowym przegrzewem rozprężanych
spalin; S - sprężarka, KS1, KS2 - pierwsza i druga komora spalania, T1, T2 -
część wysoko- i niskoprężna turbiny, G - generator elektryczny

• międzystopniowe podgrzewanie
spalin

13

układ Chenga

14

Szeregowy

układ gazowo-

parowy

w

praktyce

są

spotykane dwa układy:

A/szeregowy

B/ równoległy

Schemat szeregowego układu gazowo-parowego: S - sprężarka, KS1 -
komora spalania, T1, T2 - turbiny części gazowej i parowej, G1, G2 -
generator elektryczny części gazowej i parowej, S - skraplacz, PW - pompa
wodna, KO - kocioł odzysknicowy

15

obieg równoległy

16

Sprawność obiegów skojarzonych

1.   Sprawność obiegu gazowego otwartego zależnie od temperatury
na wlocie do turbiny T

3

i wylocie z turbiny T

4

dla T

3

= 900

o

C



max

= 32%, dla T

3

= 1200

o

C

max

= 38% 

Wzrost T

4

powoduje szybki spadek sprawności

0,20

0,40

0,35

0,30

0,25

300 350

400

450

500

550

= 1 1 0

0 C

1 0 0

0 C

=

=

9

0

0 C

T = 1 2 0 0 C

O

O

O

O

3

0

T

4

C



a)

0,40

0,35

0,50

0,55

300

400

450

500

550

350

T = 1 2

0 0 C

3

= 1 0 0 0 C

=900 C

= 1 1 0 0 C

O

O

O

O

0

0,45



T

4

C

b)

b)

0

T

T

T

1

3

3

4

4

1

2

2

p

2

S

S

p

1

17

sprawność

2.   Sprawność układu skojarzonego jest wyższa (rys.b):

dla T

3

= 900

o

C



 = 43%,

dla T

3

= 1200

o

C



 = 52%.

Wzrost T

4

nie powoduje spadku sprawności, bo wprawdzie maleje

sprawność obiegu gazowego, ale wzrasta sprawność układu
parowego.

0,20

0,40

0,35

0,30

0,25

300 350

400

450

500

550

= 1 1 0

0 C

1 0 0

0 C

=

=

9

0

0 C

T = 1 2 0 0 C

O

O

O

O

3

0

T

4

C



a)

0,40

0,35

0,50

0,55

300

400

450

500

550

350

T = 1 2

0 0 C

3

= 1 0 0 0 C

=900 C

= 1 1 0 0 C

O

O

O

O

0

0,45



T

4

C

b)

18

sprawność

W elektrowniach z kotłami odzysknicowymi stosunek
mocy generatorów wynosi

P

TP

/P

TG

~0,5/0,6, co przy osiągalnej obecnie mocy turbin

gazowych

P

TGmax

= 150 – 200 MW daje moc układu parowego P

TP

~90 – 120 MW,

czyli łączna moc bloku gazowo-parowego P

TG

+ P

TP

=

240 – 320 MW.

19

Sprawność całkowita elektrociepłowni

gazowo-parowej

S

praw

n

ość u

kładu

skojarzon

eg

o gazow

o-parow

ego m

ożn

a zapisać jako











B

p

el

ECbrutto

Q

Q

P

g

d

zie: P

el

=

P

TG

+

P

TP

– su

m

a m

ocy elektryczn

ej g

en

eratorów

n

ap

ęd

zan

ych

tu

rb

in

ą g

azow

ą i parow

ą [M

W

],



p

Q – m

oc ciepln

a (stru

m

ień

en

erg

ii) od

daw

an

a n

a w

yjściu

z tu

rbin

y i z u

pu

stu

[M

J/s],



B

Q – m

oc ciepln

a (stru

m

ień

en

erg

ii) d

ostarczon

a w

p

aliw

ie [M

J/s].

W

skaźn

ik skojarzen

ia to stosu

n

ek en

erg

ii elektryczn

ej w

ytw

orzon

ej w

obieg

u

d

o en

erg

ii ciep

ln

ej

odp

row

ad

zon

ej d

o od

biorn

ików

z w

ylotu

lu

b

u

p

u

stu

tu

rb

in

y.

p

p

Q

A





g

d

zie:

p

A – en

erg

ia w

ytw

orzon

a p

rzez stru

m

ień

p

ary p

rzeciw

prężn

ej lu

b

u

p

u

stow

ej (kW

h

)

p

Q – en

erg

ia ciepln

a od

p

row

ad

zan

a z tu

rb

in

y d

o od

b

iorn

ika w

tym

sam

ym

czasie G

J

W

artość w

sp

ółczyn

n

ika skoja

rzen

ia zaw

iera się w

g

ra

n

icach

 =

30

– 1

0

0 kW

h

/G

J.

20

Oddziaływanie na środowisko

21

22

Porównanie emisji CO

2

w poszczególnych

rodzajach elektrowni

23