.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]

Q_w - wartość opałowa

Q=D(i_P -i_WZ) [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)

Q_w- 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

BQ_W- 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 (S_n%)

Straty niezupełnego spalania (S_g%)

Strata wylotowa (kominowa) zależna od temp. i ilości spalin (S_W%)

Strata w żużlu (S_ż%)

Strata promieniowania (strata oddawania ciepła drogą konwekcji i promieniowania) (S_pr%)

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

I_SW - ciepło unoszone ze spalinami powstające ze spalenia 1 kg węgla

I_pow - ilość ciepła wnoszona do spalania z powietrzem potrzebnym do spalenia 1 kg wegla

Przejście wody w parę

1. woda

2. para nasycona

3. 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·Q_w·η_K - ilość ener.przejęta w parze w kotle

B·Q_w- ilość ciepła doprowadzona w paliwie

(i₀-i_wz) - ilość ciepła którą pobiera kg pary w kotle

D(i₁-i_2') - moc wewn. turbiny -ilość ciepła która w turbinie została efektywnie wykorzystana

η_tob = η_tr ·η_r ·η_i - sprwn. termiczna obiegu

,

Ni- moc wewnętrzna

Nm - moc mechaniczna

Nel - moc elektryczna

η_m - sprawność mechaniczna

η_g - 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)

---