Podstawy pracy elektrowni cieplnych

Obieg cieplny

Przetwarzanie energii odbywa się według modelu obiegu przedstawionego na rysunku:

Układ: temperatura - entropia jednostkowa Układ: ciśnienie - objętość

Z - źródło ciepła

CH - chłodnica

W - praca mechaniczna

E-A-B-C-F: q - energia pobrana ze źródła 6-4-1-2-5: rozprężanie

E-A-D-C-F: q₀ - energia oddana do chłodnicy 6-4-3-2-5: sprężanie

A-B-C-D praca użyteczna W 1-2-3-4: rozprężanie - sprężanie =

= praca użyteczna W

Entropia

Źródło ciepła o temperaturze T_źr przekazuje czynnikowi o temperaturze T_c ciepło

w ilości Q

T_c

Źródło Czynnik

Czynnik rozpręża się izotermicznie przy temperaturze T_c

Zmiana entropii źródła:

Zmiana entropii czynnika:

Przyrost entropii:

Przepływ ciepła jest możliwy, gdy T_źr > T_c , dlatego warunek: ΔS > 0

Druga zasada termodynamiki:

w dużym systemie zamkniętym
(entropia wzrasta)

Obieg Carnota

Układ: ciśnienie - temperatura Układ: temperatura - entropia

jednostkowa

1 - 2 izotermiczne pobieranie ciepła ze źródła o temperaturze T

2 - 3 izoentropowe rozprężanie

3 - 4 izotermiczne oddawanie ciepła chłodnicy o temperaturze T₀

4 - 1 izoentropowe sprężanie

Sprawność:

Układy technologiczne elektrowni:

• składowanie paliwa

• przygotowania wody

• paliwo - powietrze - filtry i odprowadzenie spalin

• cieplny - główny obieg termodynamiczny

• odprowadzanie odpadów stałych

• chłodzący - odprowadzenie ciepła skraplania

• elektryczny - generatory - transformatory blokowe

Przykładowe dane turbogeneratorów:

Typ	Moc [MW]	Moment bezwładności [kg.m^2]
TW-5--2	62,5	3375
TGH-120	150	3832
TWW-200-2	235,5	5600
GTHW-360	426	8075
TWW-500-2	588	10000

Chłodzenie generatorów:

• generatory małej mocy: powietrzne

• generatory średniej mocy: wodór 0,4 MPa

• generatory dużej mocy: * uzwojenie stojana: czysta woda, rezystywność ρ < 50 [kΩ.m],

prędkość 1 ÷ 2 [m/s]

* wirnik, korpus stojana: wodór

Przykład: generator GTHW-360, przy obciążeniu znamionowym strumień wody 0,014 m³/s, chłodzenie odbiera z uzwojenia stojana ciepło o mocy 1290 kW, wodór w ilości 38 m³s odbiera ciepło o mocy 3950 kW

Sprawność GTHW-360:

obciążenie 200 MW, cos ϕ = 0,8, η = 0,983

obciążenie 400 MW, cos ϕ = 0,8, η = 0,982

Napięcie znamionowe generatora: 22 kV

Wyprowadzenie mocy z elektrowni

• system pełnych bloków: generator - transformator - linia

• wyprowadzenie bezpośrednio do stacji

Przykładowe dane transformatorów blokowych

S [MVA]	Przekładnia	Napięcie zwarcia [%]
60	10,5 / 121	10,5
130	13,8 / 245	13,0
150	13,8 / 125	10,7
240	15,75 / 126,5	11,4
240	15,75 / 257,5	12,85
426	22 / 250	12,5
3 x 200	20 / 250	13,0

Schemat pracy elektrowni cieplnej

1

5

El_cieplne11

A

B

C

D

E

F

Z

CH

T

T_o

P

T

1

2

3

4

5

6

w

q

q_o

υ

s

T > T_o

T_źr

T

1

2

T

T_o

P

s

υ

υ₁

υ₃

s₁

s₃

2

3

4

1

3

4

~

~

~

---