1. Blok šema EES

Elektroenergetski sistem (EES) je tehnički sistem čiji je osnovni zadatak da osigura kvalitetnu isporuku električne energije uz minimalne troškove u EES. Tehnološki proces u EES sastoji se iz četri faze:

- obezbeđivanje dovoljnih količina primarnih oblika energije, - proizvodnja električne energije, - prenos I distribucija (raspodjela) električne energije do konačnih potroašača, - potrošnja električne energije.

PROIZVODNJA obuhvata sve izvore električne energije (hidroelektrane- HE, termoelektrane - TE, nuklearne elektrane - NE i industrijske energane). PRENOS obuhvata prenosnu mrežu, koja se sastoji od nadzemnih vodova (dalekovodi), kablovskih vodova i interkonektivnih transformatora, koji povezuju mreže različitih naponskih nivoa. DISTRIBUCIJA obuhvata distributivne mreže i distributivne transformatore. Naponski nivoi koji se koriste u distribuciji su niži od naponskih nivoa koji se koriste u prenosu električne energije. Tako se u našem EES u prenosu koriste naponski nivoi 380(400)kV, 220kV i 110kV a u distribuciji 110kV,35kV, 20kV i 10kV, a u velikim industrijskim pogonima i naponski nivo od 6kV. Za svaki EES postoji glavni CENTAR UPRAVLJANJA odakle se upravlja proizvodnjom električne energije. U MREžNIM CENTRIMA UPRAVLJANJA upravlja se prenosnom mrežom a u DISTRIBUTIVNIM CENTRIMA UPRAVLJANJA upravlja se distributivnom mrežom i eventualno potrošnjom električne energije. Centri upravljanja nazivaju se I DISPEČERSKI CENTRI.

Kao izvori električne energije koriste se elektrane. Elektrane su postrojenja za proizvodnju većih količina električne energije. Električna energija se u elektranama koje koriste konvencionalne izvore energije dobija transformacijom iz mehaničke energije, koja se dobija transformacijom iz drugih oblika energije.

U zadovoljavanju energetskih potreba veliki značaj ima i imaće električna energija kao najplemenitiji vid energije. Električna energija se može proizvoditi korištenjem svih vidova energije.

Pogodne osobine električne energije su još i mogućnost transporta na velike udaljenosti, mogućnost dovođenja do krajnjih potrošača i sigurnost snabdjevanja postignuta povezanošću EES.

Osnovni nedostatak električne energije je to sto se ona ne mo ž e akumulisati u energetski većim količinama, pa se u svakom trenutku mora obezbediti jednakost ukupne proizvodnje i ukupne potro š nje u EES .

Osnovni zadatak elektrana je da proizvedu potrebnu količinu energije u trenutku kada je potrošač traži.

Kako ne postoji mogućnost akumuliranja većih količina električne energije, proizvodnja električne energije mora u svakom trenutku biti jednaka potrošnji.

Jednakost proizvodnje i potrošnje električne energije ostvaruje se jednostavnije kada je više elektrana povezano u EES,što je redovno slučaj.

Elektrane koje pokrivaju vrhove (varijabilni dio) potrošnje nazivaju se vršne elektrane, a one koje pokrivaju ustaljenu potrošnju osnovne elektrane. Uloga i režim rada pojedinih elektrana u EES zavisni su s jedne strane od mogućnosti prilagođavanja brzim promjenama opterećenja, koja je različita za različite tipove elektrana, i sa druge strane, od troškova proizvodnje po kWh.

U kišnom periodu godine velika većina elektrana (osim onih sa velikom akumulacijom) rade kao osnovne elektrane, a termoelektrane se što je moguće više koriste kao vršne elektrane.

U sušnom periodu godine uloge se zamenjuju. Kao vršne elektrane posebno su pogodne pumpno-akumulacione hidroelektrane (postrojenja) jer je kod njih praktično omogućeno akumuliranje električne energije, proizvodnja je jeftina i moguće je brzo prihvatanje opterećenja.

Izvori električne energije u EES mogu se podijeliti na hidroelektrane i termoelektrane.

Pumpno- akumulacione hidroelektrane mogu se zbog specifične uloge u EES posmatrati i kao posebna kategorija izvora.

Nuklearne elektrane se mogu podvesti pod termoelektrane, s obzirom da se od njih razlikuju samo po gorivu koje se upotrebljava.

2. Vrste hidroelektrana i protoci

Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomoću vodnih turbina i električnih generatora pretvara u električnu energiju.

Hidroelektrane mogu se podijeliti: prema padu, načinu korištenja vode, volumenu akumulacijskog bazena, prema smještaju strojarnice i prema instaliranoj snazi.Prema visini pada razlikuju se:1. Niskotlačne HE (pad do 25 metara),2. Srednjetlačne HE (od 25 do 200 m) i3. Visokotlačne HE (iznad 200 m).

1. Niskotlačne HE grade se kao riječna i kanalna postrojenja zaspecifične padove do 1m/km. Pri tome je karakteristično da im cjelokupni pad stoji na raspolaganju neposredno kod elektrane, bez potrebe za tlačnim dovodima i cjevovodima. Ovakve hidroelektrane najčešće nemaju mogućnost akumuliranja vode iupotrebljavaju se kao protočne HE za pokrivanje osnovnog opterećenja.2. Srednjetlačne HE se od niskotlačnih razlikuju samo u tome što im gornja voda zbog većih padova (od 1 do 5 m/km) nije neposredno uz elektranu. Ovdje se voda od zahvata dovodikraćim tlačnim cjevovodom. Tlačni cjevovod i elektrana u ovom slučaju čine jednu cjelinu. Ovakve elektrane najčešće se grade na mjestima gdje rijeka stvara petlju koja se tada presiječe.3. Visokotlačne HE najčešće su derivacijske. Kod ovih elektrana su zahvat i strojarnica prostorno odijeljeni jer se voda iz akumulacijskog bazena dovodi do turbina cjevovodomdugačkim i više kilometara. Grade se u brdovitim krajevima za padove veće od 5 m/km.

S obzirom na način korištenja vode postoje:1. Protočne HE u kojima se voda iskorištava kako dotječe i2. Akumulacijske HE u kojima se dio

Prema veličini akumulacijskog bazena razlikuju se:1. HE s dnevnom akumulacijom (punjenje akumulacije noću, a pražnjenje danju),2. HE sa sezonskom akumulacijom (punjenje u kišnom, a pražnjenje u sušnom razdoblju),3. HE s godišnjom akumulacijom (punjenje u kišnim, a pražnjenje u sušnim godinama).

Prema smještaju strojarnice dijele se hidroelektrane na:1. Pribranske (strojarnica smještena neposredno uz branu) i2. Derivacijske.

Posebne vrste hidroelektrana predstavljaju:1. Crpno - akumulacijske HE i2. HE koje iskorištavaju plimu i oseku.

Prema instaliranoj snaziDimenzije - velike, male, mikroVelike HE definirane kao veće od 10(30) MW, najveće HE: Itaipu (Brazil i Paragvaj), rijeka Parana, jezero 170x7 km, 196 m visoka brana, snaga 18x700 MW (+2x700 MW u izgradnji), 75 TWh godišnjeMale HE definirane od 100 kW do 10 (30) MW, dovoljno npr. za potrebe industrije i manjih gradova U Hrvatskoj po definiciji gradova. od 100 kW do 10 MW.Mikrosustavi definirani do 100 kW, u porastu, ekološki prihvatljivo.

Hidrološke karakteristike hidroelektrana su:- veličina protoka,- raspored protoka i- trajanje protoka.Mogućnost proizvodnje u HE ovisi o količini vode koju donosi vodotok, pa je poznavanje te količine po veličini i po vremenskom rasporedu od osnovne važnosti za projektiranje i pogon HE.Količina vode u vodotoku i vremenski raspored tih voda ovisi o nizu utjecaja (o oborinama, sastavu i topografiji zemljišta, temperaturi zraka, biljnom pokrivaču i dr.), pa kao osnova za utvrđivanje količine voda mogu poslužiti samo svakodnevna mjerenja količine vode.Mjerenja se provode pomoću vodokaza, na kojima se očitava visina nivoa vode (vodostaj). Pomoću vodostaja (u cm) može se iz tzv. konsumpcijske krivulje očitati protok vode ( u m3/s).Protok se na mjestu vodomjerne postaje određuje u pravilnim vremenskim razmacima. Za svaki izmjereni vodostaj protok se izračuna pomoću konsupcijske krivulje, a zatim se statističkim i vjerojatnosnim računanjem, dobiju reprezentativni protoci za neki proticajni profil.Računa se da su podaci tokom dana konstantni te se iz njih dobiju srednji mjesečni podaci, koji ovise o dobu godine i vlažnosti toga razdoblja. Na osnovu tih, kronološki poredanih, srednjih protoka dobije se godišnja krivulja protoka.Mjerenje protoka za male vodotokove Fluktuacije vodostaja i brzina prolaza vodnog vala, kod malih vodotoka (tipično za male HE) vrlo su brze.Moguće ih je registrirati samo kontinuiranim mjerenjima pomoću instrumenta za mjerenje brzine tekućine - limnigrafskim uređajem.Na osnovi određenih (srednjih) dnevnih protoka Q (m3/s) može se nacrtati godišnja krivulja protoka (krivulja a), u kojem su kronološki poredani protoci.• Pomoću podataka o dnevnim protocima mogu se odrediti srednji desetodnevni protoci (dekadni protoci), srednji mjesečni protoci i, konačno, srednji godišnji protok.• Svi ti srednji protoci određeni su kao aritmetičke sredine dnevnih protoka u promatranom razdoblju.• Ako se nacrta i dijagram u kojem su dnevni protoci uneseni redom po veličini od najvećeg do najmanjeg, dobiva se krivulja trajanja protoka.Integriranjem godišnjeg dijagrama protoka ili krivulje trajanja protoka (što daje isti rezultat) dobiva se volumen vode (V0) koji je protekao kroz promatrani profil u promatranoj godini. (pri tome kao apscisu treba uzeti protekli broj sekunda).Srednji godišnji protok može se tada izračunati prema formuli:

QS = VO / 31.5 10∙ 6 (m3/s)

gdje je V volumen u m3, a 31,54 ∙106 broj sekunda u godini.• Promatranje protoka u samo jednoj godini može dovesti do krivih zaključaka o količinama i rasporedu voda u promatranom vodotoku pa vodotoku, je potrebno promatranje protoka protegnuti na dulji vremenski period.• Postoje i krivulje trajanja protoka za pojedina razdoblja u godini (zimu i ljeto ili sušni i kišni period), ili krivulje trajanja za pojedine mjesece.

3. Dijelovi HE i turbine

Brane ili pregrade su građevine koje imaju višestruku namjenu: da skrenu vodu s njezinog prirodnog toka prema zahvatu HE, povise razinu vode radi većeg pada i da akumuliraju vodu.Dva su osnovna tipa brana:- visoke (visina od temelja do krune veća od 15 m, ili visina veća od 10 m ali s krunom dužom od 500 m) i niske (sve ostale). Brane, ovisno o materijalu od kojega se grade, mogu biti:- masivne (grade se od kamena, a češće od armiranog betona) i- nasute (zemljane, a grade se od homogenog ili nehomogenog materijala).Prema konstrukciji, masivne se brane mogu podijeliti na:- gravitacijske (odupiru se opterećenju vode i drugih sila vlastitom težinom),- lučne (u obliku zakrivljenih ploča preko kojih se opterećenje dijeli na temelje, dno i bokove) i- raščlanjene (čine ih više elemenata, odnosno stupova ili potpora na koje se naslanjaju betonske ploče ili svodovi).• Lučne brane ponekad imaju neke elemente gravitacijske brane, pa se zovu lučno-gravitacijske.• Nasute brane najčešće se grade od nehomogenog materijala u slojevima od gline do kamenog nasipa

Zahvat ima zadatak da vodu zaustavljenu od pregrade primi i uputi prema centrali. Razlikuju se dva osnovna tipa zahvata:- zahvat na površini i- zahvat ispod površine vode.• Zahvat na površini vode izvodi se kada je pregrada niska pa je razina vode iza pregrade praktički konstantna. Prolaz vode kroz zahvat regulirase zapornicama.• Zahvat ispod površine vode izvodi se kada se razina vode tijekom godine mijenja .U ovom slučaju zahvat trebapostaviti na najnižu točku do koje će se spuštati razina vode.Dovod spaja zahvat s vodostanom ili vodnom komorom. Može biti izgrađen kao kanal ili tunel. To ovisi o topografiji terena kojim se dovod vodi i o pogonskim zahtjevima koji se postavljaju HE.• Tunel se može izvesti kao gravitacijski i kao tlačni.- Gravitacijski tunel voda ne ispunja pa je za promjenu dotjecanja vode potrebno mijenjati otvor na zahvatu.- Tlačni tunel ispunjen je vodom na cijelom svom profilu i za promjenu dotjecanja vode nijepotrebno nikakvo djelovanje na zahvatu.• HE su znatno elastičnije u pogonu kad imaju tlačni dovod nego kad imaju gravitacijski jer mogu bez ikakvih manipulacija slijediti promjene opterećenja.

Vodostan ili vodna komora nalazi se na kraju dovoda.• Kad je dovod gravitacijski, potreban je vodostan dovoljnog volumena, kako bi mogao poslužiti kao spremnik vode u slučaju naglih promjena opterećenja.• Ako HE ima tlačni dovod, može se vodostan izvesti kao proširenje na kraju toga dovoda. Ovakva vodna komora mora biti takvih dimenzija da uslijed promjena opterećenja tlak u dovodu ne poraste iznad dozvoljenih granica, odnosno da se razina vode ne spusti ispod najviše točke ulaza u tlačni cjevovod.Tlačni cjevovod služi za vođenje vode iz vodostana ili vodne komore do turbina. U pravilu izrađen je od čelika, a za manje padove i od betona. Prema svom smještaju tlačni cjevovod može biti položen po površini iU tunelu.• Na ulazu u cjevovod uvijek postoji zaporni organ čija izvedba ovisi o tlaku koji vlada na početku cjevovoda. Najvažniji je sigurnosni zaporni organ koji ima zadatak automatski spriječiti daljnje dotjecanje vode ucjevovod, u slučaju da pukne cijev.

Turbine

• Energija koju ima neka tekućina (u našem razmatranju voda) što struji nekom brzinom sastoji se od energije tlaka, potencijalne i kinetičke energije.• Svaka od tih energija može se pretvoriti na pogodan način u drugi oblik, koji se pomoću strojeva transformira u mehaničku energiju.• Najjednostavniji su takvi strojevi vodenička kola, a ona se izvode za iskorištavanje kinetičke energije ili su tjerana pomoću potencijalne energije.Prva vodna turbina u današnjem smislu postavljena je 1837. godine u Francuskoj.• To je Fourneyronova turbina, nazvana po njezino mkonstruktoru. Snaga joj je bila 60 KS.Osnovna podjela vodnih turbina• Danas se u osnovi grade dva tipa vodnih turbina:1. Pretlačne (ili reakcijske) i2. Turbine slobodnog mlaza (ili akcijske turbine).• Pretlačnim turbinama nazivaju se vodne turbine u kojima je tlak na ulazu u rotor veći od onoga na njegovom izlazu, što odgovara reakcijskim parnim turbinama. U pretlačnim turbinama, naime, dio se energije tlaka transformira u kinetičku energiju u statoru, a dio u rotoru.• U turbinama slobodnog mlaza tlak je na ulazu u rotor jednak kao i na njegovom izlazu. To odgovara akcijskim parnim turbinama, jer se sva energija tlaka transformira u kinetičku energiju vode u statoru.Vodne turbine Akcijske – slično vodenom točku udubljene lopatice - okreću se u zraku, za velike padove (okomito >10 m),za velike tlakoveReakcijske – za velika postrojenja, lopatice slične elisi broda –potopljene u vodi za male padove, pri velikom protoku i malom tlaku.

Tipovi vodnih turbina: Izbor tipa turbine za odgovarajuće uvjete je vrlo važan. Osnovni kriterij za izbor tipa turbine su visina pada i količina protoka su, a ostali kriteriji su još i korisnost, cijena i sl.Pretlačne (reakcijske) turbineFrancisova (konstruirao Amerikanac Francis 1848.) Kaplanova (konstruirao Čeh Kaplan 1912. rotorske lopatice mogu sepomicati da bi se bolje prilagodile uvjetima strujanja)

Propelerna (Kaplanova s nepomičnim rotorskim lopaticama) Turbine slobodnog mlaza (akcijske) Peltonova (konstruirao Amerikanac Pelton 1878. s jednom ili više mlaznica)Turgo turbina ( varijacija Peltonove turbine, ali je projektirana da ima veću specifičnu brzinu ) Banki-Michell turbina (za velike vodene tokove i manje padove od Peltonove turbine, izvodi se samo sa horizontalnom osovinom) Mikroturbine: potrebna snaga od 3-4 kW, uz Q·H ~1 uz stupanj korisnog djelovanja od ~50% postiže se snaga ~5 kW

Energetske prilike u vodnoj turbini• Za određivanje snage vodne turbine polazi se od opće jednadžbe stacionarnog strujanja tekućine (Bernoullijeva jednadžba), koja uz zanemarenje trenja ima poznati oblik:

P/ρ + gh + 1/2 c2 = wo = const

gdje su:p – tlak u okolini elementa mase vode koja struji (N/m2=kgm/s2m2),ρ – specifična masa tekućine (kg/m3),h – visina promatranog elementa tekućine iznad referentnog nivoa (m),c – brzina strujanja tekućine (m/s),w0 – specifična energija tekućine (m2/s2) je konstantna! (2. stavak TD)• Prvi je član specifična energija tlaka, drugi specifična potencijalna energija, a treći izražava specifičnu kinetičku energiju tekućine.

4. Objasniti padove hidroelektrane

Što se pada tiče, u hidroelektrani razlikuju se:- Prirodni ili bruto-pad Hb (razlika između razine vode na zahvatu (gornje vode) i razine vode nakon povratka u korito ili na kraju odvoda (donje vode) – to je pad koji nam pruža priroda)- Korisni ili neto-pad Hn (zbog gubitaka u zahvatu, dovodu, tlačnom cjevovodu i odvodu na ulazu u turbinu stoji na raspolaganju tlak koji je, mjeren u metrima stupca vode (m.s.v.), manji od prirodnog pada).Bruto-pad i neto-pad nisu konstantni (na bruto pad utječu promjene razine donje i gornje vode, na neto pad dodatno ipromjena gubitaka).Promjene razine gornje vode mogu nastati zbog preljevavelikih voda preko brane,do čega dolazi kad se sva suvišna voda ne može propustiti kroz ispuste. U ovom slučaju razina gornjevode ovisi o protoku ali samo Ovisnost razine gornje Hg i donje vode Hd o protoku Q protoku, za Q >Q’ koji ovisi o kapacitetu ispusta i o veličini izgradnje HE (maksimalnom protoku kroz turbinu).• U pribranskim i u akumulacijskim HE s tlačnim dovodom brutopad, a prema tomu i neto-pad, ovisi o volumenu akumulirane vode (A). Ta se ovisnost prikazuje krivuljom Hb = f (A).Za promatranu HE maksimalan bruto pad određen je ukupnim volumenom akumulacije, a minimalni bruto pad korisnim volumenom akumulacije.• Promjene razine donje vode ovisne su o količini vode koja protječe koritom rijeke na kraju odvoda, i to bez obzira na to da li voda dotječe koritom mimo HE ili kroz turbine HE.• Razina donje vode raste s povećanjem protoka, a oblik krivulje ovisi o profilu korita.• Razlikom razina određen je bruto pad pad.• Najveći bruto pad pojavljuje se u doba najmanjih protoka (Qmin), tj. kad je razina donje vode najniža.Promjena pada ima veliki utjecaj na snagu i moguću proizvodnju HE malog pada (do oko 50 m); u HE većeg pada ta promjena često se može zanemariti.• Da bi se odredio neto-pad, treba od bruto pada odbiti gubitke u svim dovodnim organima.• Gubici pada približno su proporcionalni kvadratu protoka; oni su to veći što je duljina dovodnih organa veća i što je površina presjeka tih organa manja.• Dovodni organi u HE malog pada su obično kratki pa u tim kratki, HE odlučujući utjecaj na promjenu neto pada ima promjena bruto pada, dok u HE velikog pada promjenu neto pada u najvećoj mjeri izazivaju gubici u dovodima.

5. Opisati osnovne elemente HE i stepen iskoristenja

Razlikuju se sljedeći karakterističnidijelovi hidroelektrane:- brana ili pregrada,- zahvat,- dovod,- vodna komora ili vodostan,- tlačni cjevovod,- strojarnica i odvod vode.

6. Dati podjelu HE i glavne karakteristike HE

Karakteristike hidroelektrana dijelimo u četiri grupe:1. Hidrološke karakteristike vodotoka na zahvatu za HE,2. Karakteristike akumulacije i pada,3. Energetske karakteristike i4. Ekonomske karakteristike.

7. Razlika između TE u nuklaene elektrane

Osnovna proizvodna jedinica elektroprivrede u suvremenim termoelektranama je blok. Blok se sastoji od jednog postrojenja za proizvodnju pare, jedne kondenzacijske turbine, električnog generatora i transformatorskog postrojenja. Princip rada jedne termoelektrane je sljedeći: u ložištu parnog kotla izgara gorivo. Toplina plinova izgaranja zagrijava vodu u parogeneratoru i voda se isparava. Pregrijana para odgovarajućetemperature i tlaka odlazi u parnu turbinu. U parnoj se turbini toplinska energija pretvara u kinetičku energiju, a u rotoru pretvorba kinetičke energije u mehanički rad. Preko vratila mehanički rad prenosi se na rotor električnog generatora, gdje se mehanički rad pretvara u električnu energiju.

Nuklearne elektrane su postrojenja kojima se toplinska energija dovedena u nuklearnom reaktoru koristi za proizvodnju električne energije. Termodinamički ciklus isti je kao u klasičnoj parnoj elektrani, za razliku što ulogu parnog kotla preuzima reaktor s izmjenjivačem topline ili bez njega. U nuklearni reaktor se unosi nuklearno gorivo i rashladno sredstvo. Fisijom nuklearnoga goriva u reaktoru se oslobađa velika količina topline. Paru za pogon parne turbine moguće je proizvesti izravno u reaktoru, ili u izmjenjivaču topline. Proizvedena paraodvodi se u turbinu, a pretvorba toplinske energije u električnu odvija se na isti način kao i kod klasične termoelektrane na fosilna goriva.

8. Razlika između TE i He

Osnovna proizvodna jedinica elektroprivrede u suvremenim termoelektranama je blok. Blok se sastoji od jednog postrojenja za proizvodnju pare, jedne kondenzacijske turbine, električnog generatora i transformatorskog postrojenja. Princip rada jedne termoelektrane je sljedeći: u ložištu parnog kotla izgara gorivo. Toplina plinova izgaranja zagrijava vodu u parogeneratoru i voda se isparava. Pregrijana para odgovarajućetemperature i tlaka odlazi u parnu turbinu. U parnoj se turbini toplinska energija pretvara u kinetičku energiju, a u rotoru pretvorba kinetičke energije u mehanički rad. Preko vratila mehanički rad prenosi se na rotor električnog generatora, gdje se mehanički rad pretvara u električnu energiju.

Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomoću vodnih turbina i električnih generatora pretvara u električnu energiju. U sastav hidroelektrane idu i svi objekti i dijelovi koji služe zaskupljanje, dovođenje i odvođenje vode, za pretvaranje mehaničke u električnu energiju i za transformaciju i razvod električne energije.

9. Dati satnu, dnevnu i godisnju količinu potrebnog goriva

Satna potrošnja goriva u kondenzacionoj elektrani je:

mgork = Ng q∙ t / Hd

gdje su: • Ng [kW] - instalisana snaga elektrane, • qt [kJ/kWh] - specifična potrošnja topline, • Hd [kJ/kg] - donja toplinska moć goriva.

Potrebna satna količina goriva u jednoj toplani određuje se kao:

mgork = m puk ∙ (i1−i4 )ηk ∙ηc∙H d

• gdje su: • m [kg/h] - instalisani učinak svih kotlova (ukupna potrošnja pare), • i1 [kJ/kg] - srednja entalpija svježe pare svih kotlova,• i4 [kJ/kg - srednja entalpija napojne vode svih kotlova, • η k i η c - stepeni iskorištenja kotla i cjevovoda,• Hd [kJ/kg] - donja toplinska moć goriva.

Odgovarajuća dnevna potrošnja goriva u kondenzacionoj termoelektrani, odnosno toplani, biće:

• maksimalno:

(mgork)max = 24 m∙ gork

(mgorT)max = 24 m∙ gorT

• normalno:

(mgork)max = 24 m∙ gork

(mgorT)max = 24 m∙ gorT

Godišnja potrošnja goriva kondenzacione elektrane se određuje na osnovu planiranog broja sati godišnjeg iskorištenja instalisane snage, a koji iznosi:

• kod temeljnih elektrana nisk = oko 6000 [h/god],• kod dopunskih elektrana nisk = 3000 ÷ 6000 [h/god],• kod vršnih elektrana nisk = 1000 ÷ 2000 [h/god],

(mgork)god = nisk m∙ gork

10. Opisati uređaje za pripremu goriva

Za parne kotlove upotrebljavaju se prirodna, oplemenjena ili umjetna goriva koja pri normalnoj temperaturi mogu biti u čvrstom, tekućem ili plinovitom stanju. Prirodna goriva dobivaju se neposredno iz prirodnih nalazišta, kao npr. različite vrste ugljena, lignit, sirova nafta, zemni plin...Različitim postupcima mogu se iz prirodnih goriva odstraniti štetni sastojci i primjese, pa se tako dobiju oplemenjena goriva.Umjetna goriva su bilo primarni proizvod, bilo nusproizvod određenih tehnoloških procesa, kao npr. koks, sintetska tekuća goriva, generatorski plin, itd.

Za vrijeme izgaranja u ložištu parnog kotla gorivo prolazi kroz četiri faze:1. Sušenje, 2. Isplinjavanje, 3. Rasplinjavanje i4. Izgaranje čvrstog ugljika i plinovitih sastojaka.● Kad gorivo sadrži visok postotak vlage, za sušenje je potreban velik volumen ložišta. Zato se lignit i ostala otpadna biljna goriva suše ili prije unošenja u kotao ili u kotlu zračenjem topline u komoriizgaranja.● Nakon sušenja gorivo isplinjuje i pri tom djelovanjem topline lakohlapljivi ugljikovodici prelaze u plinovito stanje. Da se u što kraćem vremenu osigura potpuno rasplinjavanje i izgaranje čvrstih dijelova goriva, treba postići veliku razliku između brzine strujanja zraka i čestica goriva.● U završnoj, četvrtoj fazi, izgaraju plinovi nastali isplinjavanjem i rasplinjavanjem. To je posljedica snažnog vrtloženja smjese plinova i zraka, pobuđenog plamenom. Da bi se pojačalo vrtloženje, izvode se posebne konstrukcije ili se na poseban način dodaje zrak. Ako gorivo sadrži veću količinu hlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u ložište dodatne količine zraka (sekundarni zrak). Sadržaj pepela može znatno ometati kemijske reakcije pa su potrebni uređaji za odvođenja pepela itroske iz ložišta.

11. Ciklus sa predgrijanom parom

Kada se po izlasku iz kotla, a prije ulaska u turbinu para podvrgne dodatnom zagrijavanju u posebnim uređajima - pregrijačima pare dobija se toplotni radni ciklus sa pregrijanom parom, čiji je T-S dijagram prikazan na slici.

Postupkom pregrijavanja pare postiže se poboljšanje položaja tačke 2 tako da se ona sada nalazi bliže zoni suhe pare. Takođe je povećana i temperatura T1sr čime je dobijen nešto bolji stepen iskorištenja.

Razmotrimo sada mogućnosti povećanja stepena iskorištenja toplotnog radnog ciklusa sa pregrijanom parom promjenama parametara pare. Smanjivanjem pritiska p2 postiže se smanjenje temperature T2 pa i temperature T2sr Radi se o pritiscima koji se mjere stotim dijelovima bara, što predstavlja izuzetno niske pritiske i zahtjeva dobru zaptivenost opreme da vazduh ne bi prodreo u paru. Sa druge strane pritisak p2 i temperatura T2 ne mogu da budu ni previsoki. Kako razlika između temperature rashladne vode i temperature T2 obično iznosi 10 do 15°C, značajno povećanje temperature T2 (na primjer, iznad 28°C) izazvalo bi i visoku temperaturu rashladne vode na izlazu iz kondenzatora. Pošto se rashladna voda uglavnom vraća u rijeku iz koje je i dovedena previsoka temperatura na izlazu iz kondenzatora značila bi toplotno zagađenje rijeke.

Povećanje temperature T 1 uticalo bi na povećanje temperature T1sr i stepena iskorištenja. Temperatura T1 je ograničena osobinama materijala turbine i cjevovoda i ne prelazi 300°C. Povećanje pritiska p1 uz zadržavanje temperature T1 na istom nivou izazivalo bi pomjeranje tačke 2 u nepovoljnom smjeru, u zonu vlažne pare.

Posmatra se idealan proces koji je reverzibilan, te za njega vrijedi sljedeće:

• ne uzimaju se u obzir gubici pritiska zbog strujanja kroz generator pare, cjevovod i kondenzator;

• ne uzimaju se u obzir gubici unutar parne turbine i napojne pumpe (ekspanzija radnog fluida u turbini, kao i tlačenje u napojnoj pumpi su adijabatski- izentropski procesi);

• ne uzimaju se u obzir nikakvi gubici topline u okolinu kroz pojedinačne dijelove sistema kružnog procesa.

• Pregrijavanjem pare povećava se srednja temperatura dijela procesa na koji se dovodi toplota

Ts dijagram idealnog kruznog ciklusa

• Površina s3-3-4-5-6-1-2-s1-s3 - količina toplote q1, koja se dovodi radnom fluidu

• Površina izmedju s3-3-2-s1-s3 - toplota q2, koja se oduzima,

• Površina 1-2-3-4-5-6-1 - dobijeni korisni rad

q1= h1 – h4,

q2= h2 – h3.

• Toplotno iskorištenje idealnog Rankinevog procesa:

Razlika h1 – h2 predstavlja raspoloživi toplotni pad koji se unutar turbine pretvara u kinetičku energiju, a h4 – h3 je mehanički rad utrošen za tlačenje radnog medija od pritiska na kojem se vrši kondenzacija do radnog pritiska generatora pare

Pv – dijagram idealnog parnog kruznog prcesa

h1 – h2 odgovara površini 1-2-m-n-1, a h4 – h3 površini 4-3-m-n-4.

41

3241

1

21

hh

hhhh

q

qqt

3431

3421

hhhh

hhhht

ili

Hs – dijagram idealnog kruznog procesa

razlika ordinata među tačkama 1 i 2 odgovara radu dobijenom u turbini, razlika između tačaka 4 i 3 odgovara radu utrošenom za pogon pumpe,razlika između tačaka 1 i 4 odgovara toploti dovedenoj u procesu, a između tačaka 2 i 3 toploti odvedenoj iz procesa.

12. Načini hlađenja TE

Najveća količina vode u termoelektrani potrebna je za hlađenje kondenzatora što se može provesti:- protočnim hlađenjem (pri čemu se upotrebljava uvijek svježa voda) - povratnim hlađenjem (kada stalno kruži ista voda, koja se hladi u rashladnom tornju).Protočno hlađenje je i energetski i ekonomski povoljnije jer je pri njemu temperatura rashladne vode niža, što omogučuje održavanje nižeg tlaka u kondenzatoru, a potrebne su i manje investicije za izgradnju postrojenja. Ali tada se računa da je za 1kg pare potrebno 60 kg vode za hlađenje.Količine vode potrebne za povratno hlađenje znatno su manje, pa je moguće s istom količinom vode opskrbiti termoelektranu veće snage. Ograničenje zbog nemogućnosti smještaja samog postrojenja može doći u obzir samo u rijetkim slučajevima (npr. zbog raspoložive površine za uskladištenje ugljena.

13. Dijagram dnevnog opterećenja

Dijagram opterećenja je onaj koji pokazuje kako kupac/grupa kupaca/svi kupci koriste električnu energiju u toku dana/mjeseca/godine na bazi mjerenja svakog sata (15 min).• Utvrđivanje dijagrama opterećenja je krajnje precizna studija o praksi po kojoj kupci koriste električnu energiju.• Proizvodnja, nabavka i utvrđivanje cijena električne energije je kompleksno budući da se električna energija ne može skladištiti u ekonomskom smislu – Stoga, dobra prognoza potrošnje i vršnog opterećenja

kupaca je vrlo važna informacija.

14.Opisati način hlađenja TE ?

Vrste hlađenja : protočno i povratno hlađenje. Kod protočnog hlađenja voda za hlađenje kondenzatora se uzima iz prirodnog izvora (rijeka, jezero,.. ), propušta kroz kondenzator i vraća natrag. Kad ne postoji prirodni izvor vode za hlađenje ista voda se propušta kroz kondenzator i stalno se hladi u posebnim hladnjacima ( najefikasniji su rashladni tornjevi ), što predstavlja povratno ili vještačko hlađenje. Izbor sistema hlađenja vezan je za osnovnu dilemu prilikom izbora lokacije TE na ugalj blizu rijeke ili blizu rudnika uglja.

15.Dobijanje električne energije iz HE ?

Hidroelektrana je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom (strojarnica i sl).

16. Razlika između TE i nuklarne elektrane ?

Osnovna proizvodna jedinica elektroprivrede u suvremenim termoelektranama je blok. Blok se sastoji od jednog postrojenja za proizvodnju pare, jedne kondenzacijske turbine, električnog generatora i transformatorskog postrojenja. Princip rada jedne termoelektrane je sljedeći: u ložištu parnog kotla izgara gorivo. Toplina plinova izgaranja zagrijava vodu u parogeneratoru i voda se isparava. Pregrijana para odgovarajuće temperature i tlaka odlazi u parnu turbinu. U parnoj se turbini toplinska energija pretvara u kinetičku energiju, a u rotoru pretvorba kinetičke energije u mehanički rad. Preko vratila mehanički rad prenosi se na rotor električnog generatora, gdje se mehanički rad pretvara u električnu energiju.

Nuklearne elektrane su postrojenja kojima se toplinska energija dovedena u nuklearnom reaktoru koristi za proizvodnju električne energije. Termodinamički ciklus isti je kao u klasičnoj parnoj elektrani, za razliku što ulogu parnog kotla preuzima reaktor s izmjenjivačem topline ili bez njega. U nuklearni reaktor se unosi nuklearno gorivo i rashladno sredstvo. Fisijom nuklearnoga goriva u reaktoru se oslobađa velika količina topline. Paru za pogon parne turbine moguće je proizvesti izravno u reaktoru, ili u izmjenjivaču topline. Proizvedena paraodvodi se u turbinu, a pretvorba toplinske energije u električnu odvija se na isti način kao i kod klasične termoelektrane na fosilna goriva.