Podstawy elektroenergetyki rok II, semestr III

Podstawy elektroenergetyki rok II, semestr III

Energetyka

Energetyka

Konwencjonalna

Konwencjonalna

cz.II

cz.II

wykład nr 3

wykład nr 3

Plan Prezentacji

Plan Prezentacji

1. Wprowadzenie w problematykę możliwości

1. Wprowadzenie w problematykę możliwości

zwiększania

zwiększania

sprawności procesu wytwarzania energii

sprawności procesu wytwarzania energii

elektrycznej

elektrycznej

2.3. Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej

2.3. Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej

2. Metody zwiększenie sprawności obiegu cieplnego

2. Metody zwiększenie sprawności obiegu cieplnego

elektrowni kondensacyjnych

elektrowni kondensacyjnych

2.1. Stosowanie możliwie wysokich parametrów pary przegrzanej

2.1. Stosowanie możliwie wysokich parametrów pary przegrzanej

i jak

i jak

najniższej temperatury w skraplaczu turbiny

najniższej temperatury w skraplaczu turbiny

2.2. Międzystopniowe przegrzewania pary

2.2. Międzystopniowe przegrzewania pary

3. Skojarzone wytwarzania energii elektrycznej i ciepła

3. Skojarzone wytwarzania energii elektrycznej i ciepła

4. Nowe technologie stosowane w energetyce konwencjonalnej

4. Nowe technologie stosowane w energetyce konwencjonalnej

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

3

Rys. 1. Zależność sprawności teoretycznej obiegu Rankine’a od temperatury T

1

oraz ciśnienia p

1

Wpływ parametrów pary na teoretyczną sprawność obiegu Rankine’a

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

4

Rys. 2. Wpływ temperatury w skraplaczu na sprawność teoretyczną obiegu Rankine’a

Wpływ parametrów pary na teoretyczną sprawność obiegu Rankine’a cd.

Rys. 3. Zależność sprawności teoretycznej obiegu Rankine’a od parametrów pary:
a) początkowych, b) końcowych

Wpływ parametrów pary na teoretyczną sprawność obiegu Rankine’a cd.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

5

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

6

Wpływ międzystopniowego przegrzewania pary na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a

Aby zwiększyć sprawność obiegu przy zwiększaniu p

1

, nie

przekraczając jedno-cześnie dopuszczalnej wilgotności pary
wylotowej z turbiny, stosuje się między-stopniowe (wtórne)
przegrzewanie pary.

Rys. 4. Schemat obiegu cieplnego elektrowni z międzystopniowym przegrzewaniem pary

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

7

Wpływ międzystopniowego przegrzewania pary na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Rys. 5. Obieg Rankine’a z międzystopniowym przegrzewaniem pary:
a) w układzie T-s, b) w układzie i-s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

8

Wpływ międzystopniowego przegrzewania pary na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Sprawność teoretyczną obiegu Ranikne’a z międzystopniowym przegrzewaniem pary
można wyrazić wzorem:

ma

wz

ma

a

a

m

m

wz

a

m

a

m

tm

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i





























)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

2

1

1

2

1

2

2

1

1



Przy uwzględnieniu nierówności

)

(

)

(

1

2

1

wz

a

i

i

i

i







z powyższego wzoru wynika,

że jeśli przyrost , to sprawność obiegu z
międzystopniowym przegrze-
waniem pary jest większa od sprawności obiegu Rankine’a bez
międzystopniowego
przegrzewania pary pod warunkiem zachowania określonego
stosunku ciśnień p

m

/p

1

.

0





ma

i

Względny przyrost sprawności teoretycznej w granicach obecnie
stosowanych ciśnień i temperatur pary dolotowej do turbiny wynosi:

%

4

3

%

100









t

t

tm

tm









Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

9

Wpływ międzystopniowego przegrzewania pary na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Sprawność energetyczna obiegu z międzystopniowym przegrzewaniem pary można

określić zależnością:

m

wz

m

m

m

wz

m

m

oem

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i





























)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

1

2

1

1

2

1

2

2

1

1



%

5

4



oem



Rys. 6. Zależność
sprawności teore-tycznej
obiegu z międzystopnio-
wym przegrzewaniem pary
od ciśnienia p

m

przy różnych

wartościach temperatury t

m

.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

10

Wpływ regeneracyjnego podgrzewania „wody zasilającej” na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a

Rys. 7. Schemat obiegu cieplnego elektrowni z jednostopniowym
regeneracyjnym
podgrzewaniem wody zasilającej

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

11

Wpływ regeneracyjnego podgrzewania „wody zasilającej” na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Proces rozprężania, przy założeniu rozprężania 1 kg pary
dopływającej do turbiny, można w turbinie kondensacyjnej z
upustem rozdzielić umownie na dwa niezależne procesy:

strumień u rozpręża się od ciśnienia p

1

do ciśnienia p

u

w

upuście i opuszcza
turbinę z entalpią i

ua

, ciepło zamienione na pracę w tej

części obiegu wynosi
u(i

1

– i

ua

),

strumień kondensacyjny rozpręża się od ciśnienia p

1

do

ciśnienia p

2

, ciepło

zamienione na pracę w tej części obiegu wynosi (1-u)(i

1

– i

2

).

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

12

Wpływ regeneracyjnego podgrzewania „wody zasilającej” na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Rys. 8. Graficzne wyjaśnienie idei regeneracyjnego podgrzewania wody na przykładzie
jednostopniowego układu podgrzewania wody zasilającej

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

13

Wyprowadzenie zależności określającej teoretyczną sprawność obiegu Rakine’a
z regeneracyjnym podgrzewaniem wody

Całkowite ciepło zamienione na pracę w przedstawionym obiegu cieplnym wynosi:

)

(

)

)(

1

(

1

2

1

ua

a

i

i

u

i

i

u

l











Natomiast sprawność teoretyczna obiegu Rankine’a z
regeneracyjnym podgrzewa-niem wody zasilającej można opisać
zależnością:

wz

ua

a

tr

i

i

i

i

u

i

i

u













1

1

2

1

)

(

)

)(

1

(



Sprawność energetyczną obiegu z regeneracyjnym podgrzewaniem wody zasilającej
zapisać można wzorem:

wz

sk

d

o

tr

i

i

i

i

u

q

q















1

2

)

)(

1

(

1

1



Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

14

Rys. 9. Układ wielostopniowego podgrzewania regeneracyjnego wody zasilającej

Wpływ regeneracyjnego podgrzewania „wody zasilającej” na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

15

Wpływ regeneracyjnego podgrzewania „wody zasilającej” na teoretyczną sprawność
obiegu Rankine’a cd.

Rys. 10. Względny przyrost sprawności teoretycznej obiegu z

regeneracyjnym podgrzewaniem

wody zasilającej w zależności od końcowej temperatury i liczby

stopni podgrzewania

dla różnych parametrów początkowych pary: a) p

1

= 3,5 MPa, t

1

=

435

0

C,

b) p

1

= 13 MPa, t

1

= 535

0

C.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

16

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła

Rys. 11. Obieg ciepłowniczy z turbiną przeciwprężną

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

17

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

Rys. 12. Przemiany
energetyczne
zachodzące w
obiegu
ciepłowniczym na
wy-kresie i - s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

18

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

Rys. 13. Schemat obiegu ciepłowniczego z turbiną upustowo - kondensacyjną

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

19

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

Rys. 14. Przebieg
rozprężania pary w
turbinie upustowo –
kondensacyjnej

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

20

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

Sprawność teoretyczna obiegu ciepłowniczego z turbiną przeciwprężną

:

wz

s

wz

s

p

p

d

w

t

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

q

q



















1

1

1

1

)

(

)

(



Jeżeli przyjąć założenie upraszczające: i

wz

= i

s

to:

1

1

1









wz

wz

t

i

i

i

i



Przy wyznaczaniu sprawności rzeczywistej układów skojarzonego wytwarzania ener-
gii elektrycznej należy uwzględniać sprawności cząstkowych poszczególnych elemen-
-tów, ale jak widać z powyższej zależności efektywność skojarzonych układów pracy
jest znaczenie wyższa niż oddzielnie realizowanych procesów.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

21

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

g

m

t

g

i

i

D

P















)

(

2

1

Q

k

i

i

i

i

Q

P

g

m

s

g





















)

(

)

(

1

2

1

Zależność mocy elektrycznej wytwarzanej od pobieranego ciepła w
układzie z turbiną przeciwprężną:

)

(

2

s

t

i

i

D

Q







)

(

2

s

t

i

i

Q

D





W układzie z turbiną ciepłowniczą przeciwprężną moc
produkowana na zaciskach generatora jest wprost proporcjonalna
do poboru ciepła i jeżeli Q = 0 to Pg = 0.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

22

Układy cieplne do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła cd.

Sprawność teoretyczna obiegu ciepłowniczego z turbiną upustowo - kondensacyjną:

)

(

s

u

u

u

i

i

D

Q







)

(

s

u

u

u

i

i

Q

D





2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

)

(

)

(

)

(

)]

(

)

(

[

D

k

Q

k

i

i

D

i

i

i

i

Q

i

i

D

i

i

D

P

u

g

m

g

m

s

u

u

g

m

u

u

g



























































W układzie z turbiną upustowo – kondensacyjną można uzyskać
uniezależnienie wytwarzanej mocy elektrycznej od pobieranego
ciepła

.