of 22/22
Proizvodnja električne energinje TEORIJA REŠITVE STARIH IZPITOV IN USTNIH VPRAŠANJ PLINSKI KROŽNI PROCES Pri ekspanziji medija se opravlja zunanje delo. Da stroj opravi koristno delo, mora biti ekspanzija in kompresija po različnih krivuljah. Ekspanzija- dovaja se toplota v sistem, kompresija-odvaja se toplota, razlika v delu je koristno delo. Termični ali toplotni izkoristek η=1- q 2 /q 1 . O poteh: kompresor sesa zrak iz atmosfere in ga tlači v zgorevalno komoro, kjer dovajamo gorivo. Vroče pline vodimo v plinsko turbino v kateri ekspandirajo od atmosferskega tlaka. Krožni proces sestavljen iz dveh adiabat in dveh izabar. Termični izkoristek je podn s temperaturami pri adiabatni ekspanziji. Večja kot je temperatura večji je izkoristek. Za zagon rabimo motor (do 75% energije). Proces je plinski, glavni medij je plin – zrak. Zračni kompresor vsesava na 16 bar, potem se segreje za dT=1000K in jo preda turbini. Plinske elektr. pomembne pri pokrivanju koničnih obremenitev in ob izpadih drugih elektrarn. Prav tako tudi ob pomanjkanju hladilne vode in pri slabšem prenosnem električnem omrežju, ko lahko tako plinsko postrojenje postavimo v neposredno bližino večjih porabnikov. V Sloveniji imamo taka postrojenja v Brestanici in Trbovljah. Glede na pogonske stroje delimo plinske elektrarne na elektrarne s stroji z notranjim izgorevanjem (batni stroji) in elektrarne s plinskimi turbinami.

proizvodnja_odgovori na pogosta vprašanja

  • View
    241

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of proizvodnja_odgovori na pogosta vprašanja

Proizvodnja elektrine energinje

Proizvodnja elektrine energinjeTEORIJA

REITVE STARIH IZPITOV IN USTNIH VPRAANJPLINSKI KRONI PROCESPri ekspanziji medija se opravlja zunanje delo. Da stroj opravi koristno delo, mora biti ekspanzija in kompresija po razlinih krivuljah. Ekspanzija- dovaja se toplota v sistem, kompresija-odvaja se toplota, razlika v delu je koristno delo. Termini ali toplotni izkoristek =1-q2/q1. O poteh: kompresor sesa zrak iz atmosfere in ga tlai v zgorevalno komoro, kjer dovajamo gorivo. Vroe pline vodimo v plinsko turbino v kateri ekspandirajo od atmosferskega tlaka.

Kroni proces sestavljen iz dveh adiabat in dveh izabar. Termini izkoristek je podn s temperaturami pri adiabatni ekspanziji. Veja kot je temperatura veji je izkoristek. Za zagon rabimo motor (do 75% energije). Proces je plinski, glavni medij je plin zrak. Zrani kompresor vsesava na 16 bar, potem se segreje za dT=1000K in jo preda turbini.

Plinske elektr. pomembne pri pokrivanju koninih obremenitev in ob izpadih drugih elektrarn. Prav tako tudi ob pomanjkanju hladilne vode in pri slabem prenosnem elektrinem omreju, ko lahko tako plinsko postrojenje postavimo v neposredno bliino vejih porabnikov. V Sloveniji imamo taka postrojenja v Brestanici in Trbovljah. Glede na pogonske stroje delimo plinske elektrarne na elektrarne s stroji z notranjim izgorevanjem (batni stroji) in elektrarne s plinskimi turbinami.Elektrarne s plinskimi turbinami pa uporabljajo naravni plin, katerega prednost je, da vsebuje izredno malo vepla, pri izgorevanju pa so majhne emisije ogljikovega dioksida. Za pogon plinskih turbin izkoriamo tlano in toplotno energijo, ki se pojavi pri izgorevanju plina v izgorevalnih komorah. Celoten plinski postroj sestavljajo ponavadi 10 do 15 stopenjski kompresor, eden ali ve gorilnikov ter 2 do 4 stopenjske turbine. Kompresor sesa zrak iz okolice in ga komprimira na tlak 10 14 barov, pri tem pa se zrak tudi segreje. Za kompresorjem se nahajajo gorilniki, v katerih se gorivo mea z zrakom in izgoreva. Pri tem se pojavijo dimni plini s temperaturo okoli 1200 C in vstopajo v plinsko turbino tik ob gorilniku. Na turbini espandirajo na tlak okolice, pri emer se ohladijo na temperaturo okoli 500 C. Dobljeno mehansko delo se v veliki meri porabi za zagon kompresorjev, ostalo pa za pogon elektrinega generatorja. Vroe dimne pline, ki izstopajo iz plinske turbine, lahko uporabimo za proizvodnjo pare v posebnem prenosniku toplote uparjalniku, imenovanem utilizator. Na ta nain izkoristek plinskega postrojenja poveamo za s 25 35 % na celih 50 %, saj dosee mo parne turbine 1/3 do moi plinske turbine (plinsko parno postrojenje). Plinske elektrarne gradimo moi od 500 kW pa do 250 MW.Primerjava plinskega in parnega postroja

Pri plinskem postroju odpade kotlovski del in kemicna priprava vode, ni pepela

ni potreben kondenzator, kolicina hladilne vode manja,

izkoristek podoben parnemu postroju, bolji v plinsko parnem ciklu,

kratki zagoni; hitra sinhronizacija 5-10 min., 10-15 min. na polni moci,

dobro prilagajanje obremenitvi in potrebam EES,

frekventni zagoni in zaustavitve niso problematicni,

manj prostora za enako moc (do 50% manj),

majhni investicijski stroki /MW (0,5 do 0,33 specifine cene parnega postrojenja),

enostavneje pomone naprave,

relativno visoka cena goriva - lahtnost goriva

kraja ivljenjska doba,

namen za vrne naloge in rezervno kapaciteto v EES enostavno vzdrevanje in upravljanje.

Slabost pa je visoka cena zelo kvalitetnih goriv, kot sta zemeljski plin in kurilno olje. Na ceno izhodne kWh pa vplivajo tudi izredno nizke letne obratovalne ure (nekaj sto).

Slabost procesa v fazi dovajanja toplote-dimni plini plinske turbine imajo do 500C:Izboljanje:

dvig temperature dovoda toplote

regenerativno gretje delovnih snovi vestopenska ekspanzija

veosne izvedbe turbin

izohorni dovod toplote

povezovanje plinskega in parnega procesa

Rekuperacija

Rekuperator je toplotni izmenjevalnik, ki je namecen na izhodu dimnih plinov iz PT. Toplota iz izpuha PT se uporablja za predgretje stisnjenega zraka, pred vstopom v zgorevalno komoro. Odvisno od obratovalnih parametrov lahko taken rekuperator poveca izkoristek tudi do 10 procentnih tock. Negativni vidik vgradnje rekuperatorja je tlacni padec v celotni verigi elementov PT, kar povzroci padec moci za 10 do 15%. Rekuperatorji so drage reitve in so smiselni v primeru, da gre za pasovno obratovanje naprave in/ali visoke stroke goriva. Tako se rekuperatorji uporabljajo od leta 1960 v primeru pogona kompresorjev zemeljskega plina s PT. Vmesno hlajenje stisnjenega zraka

Vmesno hlajenje stisnjenega zraka se uporablja za povecanje moci PT. Pri tem je potrebno kompresorski del PT razdeliti v dva dela. Stisnjen zrak iz prvega dela kompresorja se hladi predno zrak vstopi drugi del kompresorja. Vmesno hlajenje poveca elektricna obremenitev. Vmesno hlajenje se uporablja predvsem na tistih podrocjih PT, kjer je dodatna elektricna moc izjemno pomembna. Izkoristek se bistveno ne spremeni s tem postopkom. Na ta nacin je temperatura zraka na vstopu v zgorevalno komoro nekoliko nija, za kar je potrebno nekoliko vec goriva kot v primeru brez vmesnega hlajenja.

Hlajenje zraka na vstopu v kompresor

izkoristka in izhodne moci se v opazovani kategoriji obcutno poslabata s povecanjem zunanje temperature zraka. Hlajenje vstopnega zraka pri vijih zunanjih temperaturah zraka lahko poveca izhodno moc PT za 15 do 20%. Obstaja vec nacinov za odpravo omenjene hibe PT.

Hlajenje vstopnega zraka se lahko izvede s pomocjo kompresijskega ali termicnega procesa (absorbcijsko hlajenje) preko izmenjevalca toplote. Dodatni izmenjevalec povzroca tlacne izgube, kar nekoliko poslaba izhodno moc in izkoristek, vendar ucinek hlajenja bistveno izbolja karakteristike PT. Kompresorsko hlajenje z elektromotorjem prinese bistvene dodatne izgube. Termicno hlajenje lahko v procesu izrabi toploto, ki jo nosijo vroci izpuni plini iz PT. Reitve, ki se nakazujejo pa niso poceni in povecajo kompleksnost proizvodnje elektricne energije s PT. Takne reitve niso v praksi v naih krajih, jih pa pogosto najdemo v krajih visoko zunanjo temperaturo (arabski svet, ekvatorialne deele,).

Uparjalno hlajenje je bolj uporabna metoda hlajenja vstopnega zraka s strokovnega vidika. Pri tem postopku se vodna megla vpihava neposredno v tok vstopnega zraka. Voda se upari in zraku odvzame uparjalno toploto. Hlajenje je pri tem omejeno s tocko nasicenja zraka. Nasiceni zrak pri 0oC tako vsebuje le 3,9 g vodne pare na kg zraka, pri 25oC pa e 20,77 g vodne pare v kg zraka. Pokazatelj je relativna vlanost, ki ne more preseci 100%, saj ce zrak ohlajamo se odstotek se odstotek relativne vlanosti povecuje. Taken nacin hlajenja vstopnega zraka lahko predstavlja vir velike porabe vode, pa takne reitve niso najbolj primerne za drave s pomanjkanjem.TLANOVODNI REAKTOR (PWR pressurized water reactor)

Tlanovodni reaktorji so najvekrat uporabljani reaktorji. Tak tip reaktorja je uporabljen tudi v JE Krko.

Pri tem reaktorju je hladilna voda (primarni hladilni krog) v reaktorski posodi pod tlakom, ki je veji od nasienega parnega tlaka pri najveji obratovalni temperaturi. Zato se reaktorsko hladilo ne more uparjati. Pri temperaturi vode 302C v primarnem krogu je voda dovolj podhlajena pri tlaku 157 bar. Do uperjenja pride ele v uparjalniku (sekundarni hladilni krog). To je kotel, kjer je veliko tevilo tankih cevi. Skoznje poganjajo mone primarne rpalke reaktorsko hladilo, ki svojo toploto oddaja sekundarnemu hladilu, ki kroi okoli cevi uparjalnika. Zaradi segrevanja se sekundarno hladilo uparja. Para poganja turbino, po koncu dela pa se kondenzira v kondenzatorju turbine in se nato vraa v uparjalnik. Pri tlanovodnem reaktorju sta primarni in sekundarni krog loena, kar je ugodno e pride do radioaktivnega onesnaenja hladilne vode. Zaradi nevtronskega toka posoda razpoka.Pri tlanovodnih in vrelnih reaktorjih rabi voda kot hladilo in moderator, ki upoasnjuje nevtrone. Zato imajo ti reaktorji velik negativni temperaturni koeficient reaktivnosti. To pomeni, da se zaradi naravnih fizikalnih zakonitosti zmanja tevilo cepitev uranovih jeder in s tem mo reaktorja sorazmerno z naraanjem temperature v reaktorski sredici, ker se povea absorpcija nevtronov in zmanja gostota vode. Zaradi te lastnosti vodnih reaktorjev (inherentna varnost) ni mono primerjati jedrskega reaktorja z jedrskim eksplozivom. Reaktorji na vodo pri previsoki temperaturi sami od sebe ugasnejo. Med normalnim obratovanjem elektrarne pri polni moi so najvije temperature v gorivu za okoli 900C pod temperaturo talia uranovega dioksida, ki je okoli 2800C. Preden pride do taljenja sredice, se zaradi povianja temperature zmanja tevilo cepitev in s tem mo reaktorja, kar preprei taljenje goriva. Varnost jedrske elektrarne je torej toliko veja, kolikor ve naravnih varovalnih ukrepov je vgrajenih v njeno obratovanje.

V primarnem krogu kroi hladilno sredstvo, ki ga poganja primarna rpalka skozi reaktor in parogenerator. V reaktorju sprejeto toploto hladilno sredstvo v parogeneratorju oddaja sekundarnemu krogu, oziroma kronemu procesu voda-voda. Nuklearne elektrarne hlajene in moderirane z navadno vodo pod tlakom imajo 2 do 6 primarnih hladilnih krogov.

Kot moderator in hladilno sredstvo je ponavadi uporabljena voda. Njene dobre lastnosti so:

razpololjivost, nizka cena in dobro zaviranje nevtronov. Dobro zaviranje nevtronov pa dopua gradnjo reaktorjev z majhnim volumnom oz. z gosto pakiranimi gorivnimi palicami. Gosto pakiranje gorivnih palic pa nam dopua, da se v reaktorju dosee velika gostota proizvedene toplotne moi (reda 100 MV/m3). V tem reaktorju ne morem uporabiti naravnega urana kot goriva, ker se v njem ne bi mogla dosei kritinost. Zato morajo taki reaktorji imeti obogateno gorivo. Slaba stran tega goriva je v njegovi visoki ceni. Ima pa reaktor to dobro stran, da je potrebno gorivo menjati na vsako leto ali dve, kar pa za reaktorje, ki uporabljajo naravni uran, ni mogoe trditi. Po uporabi je gorivo mono predelati in ponovno koristno uporabiti. Reaktor uporablja uparjalnik (Steam generator), tako da je reaktorski tokokrog popolnoma loen od turbinskega.

ZAMANA MASA???

mD2 ... zamana masa D ... vztrajnostni premer

e si predstavljamo vrteo se maso m enakomerno porazdeljeno po obodu kroga s premerom D, znaa vztrajnostni moment takega obroa

NIZKOTLANE HEpadci v HE so nizki (5-25 m), medtem ko so intalirani pretoki visoki (1000-10000 m3/s), akumulacija ni mogoca zaradi velikega pretoka, pogonski stroji: kaplanove in propelerske turbine, gradnja v spodnjih tokih rek, sluijo za pokrivanje osnovne obremenitve, najznacilneji obliki recna in kanalska hidroelektrarna.

Kanalske elektrarne

koncentracijo padca doseemo s jezom ali daljo derivacijo (kanal ali rov), praviloma so to pretocne elektrarne, zaradi vztrajnosti vode pocasni zagoni, hitre razbremenitve - voda preko paralelnih izpustov, teko se prilagajajo spremembam obremenitve. pri nas HE Zlatolicje in Formin

Recne elektrarne koncentracija vode se dosee z zajezitvijo, ponavadi jez in elektrarna v isti osi ali v obliki turbinskih stebrov,

prednost uporabe mehanizacije in fazna izgradnja s pomocjo gradbenih jam,

pri nas HE Fala, stebrskega tipa pa HE Dravograd,Vuzenica, Obalt in Mariborski otokjez in strojnica v isti osi

stebrski tipVRSTE PLINSKIH TURBIN

V glavnem locimo dve vrsti plinskih turbin:

Plinske turbine, izvedenke iz letalskih motorjev (v primerjavi z industrijsko):

So tudi za proizvodnjo el. energije (kompresorji,.), so laje, dosegajo bolje izkoristke,

po specificnem investicijskem stroku (EUR/kW) so draje.

Intalirana moc dosega do 50 MW, zadnji doseek tehnike pa 100 MW.

Najvija tlacna razmerja znaajo tudi 33:1, kar lahko zahteva tudi zunanji kompresor za gorivo zemeljski plin.

Neto ISO elektricni izkoristki se pri najsodobnejih napravah bliajo 45%, ob SPTE pa preko 80%

Industrijske izvedbe plinskih turbin

so prvenstveno namenjene proizvodnji elektricne energije,

intalirane moci so v irem razponu, med 1 in 330 MW v eni enoti.

Specificni stroek investicije je niji primerljivo z letalskimi izvedenkami PT,

bolj so primerne za neprekinjeno pasovno obratovanje z daljimi presledki med remonti.

So manj ucinkovite in veliko teje.

Njihovo tlacno razmerje znaa do 20: 1 in ne zahtevajo kompresorja za gorivo.

Neto ISO elektricni izkoristek pri najvecjih napravah se pribliuje 40%.

Industrijske izvedenke PT se uporabljajo tudi kot pogonski stroji za kompresorje (plinovodi, rafinerije,..) ali kot pogoni ladijskih vijakov.

Veliko se uporabljajo tudi v SPTE izvedbah (rafinerije, papirna, kemicna ind.,)

MODERATOR

Produkti razpada e naprej razpadajo oziroma se cepijo, pri emer se jedrska energija transformaira v toplotno energijo oziroma radioaktivno sevanje. e elimo izkoriati toplotno energijo, moramo kontrolirati cepitev. Ker pa so pri cepitvi nastali hitri nevtroni, jih moramo zaradi monosti nadzora nadaljnjih cepitev oziroma poveanja verjetnosti trkov upoasniti. Za to uporabimo moderator, to je material, ki upoasni hitre nevtrone, tako da postanejo poasni ali termini. Pri tem jih ne sme absorbirati.

Naprava, kjer poteka nadzirana verina reakcija, je jedrski reaktor. V njegovem jedru je nameeno jedrsko gorivo, sredstvo za upoasnitev nevtronov, za odvajanje toplote, ki ima lahko tudi funkcijo moderatorja ter zaite pred uhajanjem nevtronov (bioloki it).

Kot moderator lahko uporabljamo naslednje materiale: vodo, teko vodo, grafit, berilij, berilijev oksid. Moderator v tekoem agregatnem stanju slui tudi kot hladilno sredstvo. Grafit uporabljamo pri reaktorjih z delovno temperaturo 550 C.TERMINI IZKORISTEK-izbolavanajslabi izkoristek v nizu izkoristkov v termoelektrarni,

izboljanje termicnega izkoristka:

vmesno pregrevanje pare: Del pare, ki je e ekspandiral (ne do kondenzacije) v visokotlacnem delu turbine ponovno vmesno pregrevamo. Ponavadi se izvede enkratno ponovno pregrevanje, danes pa se v visoko ucinkovitih elektrarnah uporablja tudi dvojno pregrevanje.

segrevanje kondenzata s paro iz turbine: S paro, ki je delno e ekspandirala segrevamo kondenzat v nizkotlacnih, srednjetlacnih in visokotlacnih grelnikih napajalne vode (kondenzata). Vec stopenj segrevanja bolji je izkoristek (ekonomska meja). Ponavadi od 2 do 10 stopenj, s 30 - 50 oC na stopnjo, vse dotemperature med 260 in 330 oC, odvisno od tlaka, Ponavadi se zato uporabljajo povrinski grelci, ki pare ne meajo s kondenzatom in ne potrebujejo dodatnih crpalk.

Pri meanju kondenzata s paro pa dobimo bolje izkoristke, vendar ob uporabi dodatnih crpalk.

viji parametri svee pare, pomenijo tudi bolji izkoristek, visoke parametre je teje zagotoviti zaradi karakteristik v omejitvah materialov, najviji parametri 565+ oC in 300+ bar,

soproizvodnja toplotne in elektricne energije (SPTE) kogeneracija FRANCISOVA TURBINAFrancisova vodna turbina je nadtlana turbina radialno-aksialnega tipa in je najpogosteje uporabljena vodna turbina, saj je primerna za srednje pretoke in srednje padce, kakrne ima veina virov vodne energije. Mo turbine je odvisna od pretoka vode in smeri toka vode glede na lopatice gonilnika, kar uravnavajo vodilne lopatice, ki so premine in se jih da poljubno odpreti ali zapreti. Sodobne Francisove turbine imajo spiralno ohije, ki se uporablja pri tlanih viinah od 15 do 500 m. Pri padcih do 15 m doteka voda do turbine po odprtih kanalih jakih. Izkoristek take turbine je 0,9. Najbolji izkoristek doseejo med 60 in 80 % nazivne obremenitve.Francisova turbina so lahko: horizontalna, vertikalnaSestava:

* Spiralno ohije

* Vodilne lopate

* Gonilnik

* Sesalna cev (difuzor ali aspirator)

Za specifine vrtljaje med 40 in 240 vrt./min.;

Najbolj pogosto uporabljena vodna turbina;

Uporablja se za srednje padce in srednje pretoke (2 do 200m male, 40 do 500m velike);

Je nadtlana turbina r>0;

Voda priteka v vodilnik radialno, vodilniku odda energijo in se preusmeri aksialno, turbina konuje sesalnim nastavkom;

Vstopni in izstopni trikotnik, zmanjanje kota 1