Download - Czech power plant 2015
-
2015 PEL 1
Elektrrny
A2B13PEL
-
2015 PEL 2
Dlen a provoz vroben elektrick energie
Dle typu technologie klasick tepeln (parn) elektrrny
na fosiln paliva biomasu
paro-plynov elektrrny (elny s PPC) jadern elektrrny (JE) vtrn elektrrny (VTE) fotovoltaika (FVE) vodn elektrrny (VE) spalovac elektrrny ostatn (geoterm., pliv)
-
2015 PEL 3
Centralizovan vroba
Centralizovan vroba elektrick energie: relativn mal poet zdroj o velkm vkonu nzk cena za 1 kW instalovanho vkonu negativn dopad vpadku velkho zdroje na s peprava elektiny na velk vzdlenosti znamen vt ztrty
vodn elektrrna uheln elektrrna jadern elektrrna
-
2015 PEL 4
Zklady termodynamiky
Entalpie i (Jkg-1) tepeln obsah, souet vnitn a mechanick energie ltky
di = du + d(pv) = du + pdv + vdp = dq + vdp Entropie s (Jkg-1K-1)
kvantitativn vyjaduje nevratnost tepelnch pochod v soustav ltek mru neuspodanosti systmu
dq = Tds s roste nevratn proces (ireverzibiln) s = konst. vratn proces (reverzibiln)
celkov entropie uzavenho systmu se neme nikdy zmnit Tepeln obh
sled zmn, po nich se soustava dostanedo pvodnho stavu (uzaven kivka)
Izoterma (T = konst.) Izochora (v = konst.) Izobara (p = konst.) Izoentropa (s = konst.) Adiabatick zmna
mezi danou soustavou a prostedm se nevymuje teplo
-
2015 PEL 5
2
1
1p op
q q Tq T
innost
Nejvt innost, vratn dj Jen pro ideln plyny (piblin realizovateln v oblasti mokr pry) 4 vratn zmny pracovn ltky:
izotermick expanze (pi teplot ohvacho tlesa T1) [23] {ohev v kotli}. Do systmu se pivd teplo qp .
adiabatick expanze (pi poklesu teploty z T1 na T2) [34] {turbna} izotermick komprese (pi teplot T2 ochlazovacho tlesa) [41]
{kondenztor}. Odvod tepla qo ze systmu. adiabatick komprese (mezi teplotami T1 a T2) [12] {stlaen v erpadle
(kompresoru)}
Carnotv obh
-
2015 PEL 6
Vyuv skupensk zmny mezi kapalinou a prou pln kondenzace pry na kapalinu
Pkon napjecho erpadla je podstatn men ne pkon kompresoru! 1... stlaen kapaliny na pracovn tlak {erpadlo} 12 ... dodn tepla Qp {kotel} = ohev na bod varu + izotermick odpaen +
peht pry 23 ... adiabatick expanze {parn turbna} 34 ... izotermick kondenzace {kondenztor} , odvod tepla Qo
Piveden teplo:Odveden teplo:Prce erpadla:innost:
2 3 2 12 1 2 1
.
.
p o
p
q qq
i i p p vi i p p v
2 1pq i i 3 1oq i i 2 1 .a p p v
Clausius-Rankinv obh - parn
-
2015 PEL 7
Typ turbny: kondenzan - chlazen vstupn pry z turbny v kondenztoru Kondenzt: 25 40C Napjec voda: > 104C [vypuzen plyn (vzduchu, kyslku) koroze !] ~ 200C = kondenzty + pdavkov voda na kryt ztrt ve vrobnm okruhu pry a
vody
Elektrrna s kondenzan turbnou
-
2015 PEL 8
Typ turbny: protitlak pra z turbny je vyuiteln pro teplrensk provoz Nevhoda: Pm zvislost el. vkonu genertoru na tepelnm zaten spotebie
v protitlak sti turbny. Pra z vstupu turbny vyuit v ohvcch pro teplrensk provoz kondenzuje za
obdobnch podmnek jako v kondenztoru v ohvku topn vody. Pedv vak teplo topn vod a teplota kondenztu je tedy vy cca 100C.
Vzhledem k vyuitmu pedanmu teplu skupensk zmny pra-voda je protitlak turbna pi chodu na jmen. parametrech nejinnj.
el
Q konstP
Elektrrna s protitlakou turbnou (teplrna)
-
2015 PEL 9
Kombinovan vroba el. a tepel. energie (kondenzan elektrrna + teplrna) turbna s dvma odbry
Elektrrna s teplrenskm provozem Vhoda: El. vkon se me mnit v irokm rozsahu danm vt turbny, nezvisle na
zaten tepelnho spotebie (odbru tepla)
Elektrrna s odbrovou turbnou
-
2015 PEL 10
pihvn pry zopakovn sti obhu s nejvy innost
rekuperace napjec vody eliminace sti obhu s nejni innost
snen tlaku v kondenztoru, zven parametr vstupn pry zven rozdl teplot vstupu a vstupu
Zvyovn termick innosti C-R obhu
-
2015 PEL 11
sten expanze pry ve vt (vysokotlak) sti turbny - piht pry v pihvku -dokonen expanze v nt (nzkotlak) sti turbny
Vhody: vrazn zven innosti (jednostupov piht: o cca 5-7 %, druh piht: o
cca 1-2 %) zmenen vlhkosti pry na konci expanze (tj. na poslednch lopatkch turbny)
zven termodynamick innosti turbny snen nebezpe eroze lopatek turbny (vodn kapky na poslednch lopatkch nt
sti turbny)Piveden teplo:Odveden teplo:Prce erpadla:innost:
2 5 4 3 2 12 1 4 3 2 1
.
.i i i i p p vi i i i p p v
T
s
1
2
3
4
5
2 1 4 3pq i i i i 5 1oq i i 2 1 .a p p v
Pihvn pry
-
2015 PEL 12
Pihvn pry kouovmi plyny z kotle:
Pihvn pry ostrou nebo odbrovou prou:
Pihvn pry
-
2015 PEL 13
Odebrn sti pry (o vhodn teplot) z turbny (neregulovan odbr)
jej kondenzanho teplo je pak pouito na ohev kondenztu a napjec vody
Max. poet ohva: 8 a 10 (pak kles innost).
zven termodynamick innosti tepelnho obhu
postupn zmenovn mnostv pry v poslednch stupnch turbny ( men rozmry poslednho stupn turbny, vt prtok pry zven vkonu turbny!)
Rekuperan ohev napjec vody
-
2015 PEL 14
Snenm tlaku a teploty v kondenztoru doshnu vt qo, ale i prce celkov se innost zv.
Monosti snen tlaku v kondenztoru: snen teploty chladc vody (nejvhodnj!) zvten prtoku chladc vody (nevh.: zv. vkonu erpadel zv. vlastn
spoteby) zvten teplosmnn plochy v kondenztoru (nevh.: zv. investi. nklad)
Piveden teplo:Odveden teplo:innost:
4 1'pq i i 5' 1'oq i i
4 5' 2 14 1' 2 1
.
.
p o
p
q qq
i i p p vi i p p v
prstek prceprstek odvedenho tepla
Snen tlaku v kondenztoru
-
2015 PEL 15
Vhodnou kombinac zven tlaku a teploty vstupn (ostr) pry Zvyovn TLAKU vstupn pry
Omezen: Zvyuje se vlhkost pry na konci expanze snen termodynamick
innosti turbny. Max. dovolen vlhkost pry na konci expanze: 12 a 14 %. Omezen cirkulace v kotli. Kotle s pirozenou cirkulac: max. tlak pry
17 MPa; kotle prtlan a 24 MPa ! Zvyovn TEPLOTY vstupn pry
zven termick innosti obhu zven termodynamick innosti turbny (zmen se vlhkost pry na konci
expanze!) Omezen:
pouze materilovmi monostmi Konstrukce z feriticko-perlitick oceli: max. teplota pry 535 C. Pro vy teploty: vysokolegovan austinick ocel. Pouvan teploty pry:pro bloky 110 a 200 MW: 535 a 545 C, pro 500 MW: 545 C
Zvyovn parametr vstupn pry
-
2015 PEL 16
AB ... adiabatick komprese plynu {kompresor} BC ... izobarick pvod tepla {spalovac komora} CD ... adiabatick expanze plynu {plynov turbna} DA ... izobarick odvod tepla {v uzavench obzch v tepelnm vmnku,
v otevench obzch pes atmosfru}Piveden teplo:Odveden teplo:Prce:
Kompresn pomr:
innost:
1
1
1
11 1
p o D
p C
AD
BC
q q Tq T
pp
A
B
vv
p C Bq i i o D Aq i i C B D Aa i i i i
Joulev (Braytonv) obh - plynov
-
2015 PEL 17
Plynov obh
Spalovac turbna
-
2015 PEL 18
Plynov obh
Vhody a nevhody: rychl najdn a odstavovn (vkonov prunost) nzk poizovac nklady (mal spoteba materilu) vysok provozn spolehlivost kompaktn uspodn stroje, mal obestavn prostor drah kvalitn palivo (plyn, olej) nronost na vrobu a pouit materily velk pkon kompresoru: a 70 % vkonu spalovac turbny ! vysok teplota na vstupu z turbny ( mal innost obhu) (25 a 35 %) :
Teplota spalin: > 1500 C + vzduch (chlazen) teplota smsi ped turbnou: 600 a 800 C.
-
2015 PEL 19
Plyny po vstupu z turbny ohvaj vzduch ped vstupem do spalovac komory
Regenerace odpadnho tepla
-
2015 PEL 20
Qp- plyn.
Qo- plyn.
Qp- pra
Qo-pra(kond.)
Teploty: plynov obhy:
pvod tepla: 600 a 800 C (stacionrn turbny a 1300 C), odvod tepla: vysok teplota nzk innost obhu
parn obhy: pvod tepla: 250 a 350 C (max. 650 C), odvod tepla: cca 30 C
kombinace:
Paroplynov cyklus
-
2015 PEL 21
Paroplynov cyklus
Uheln elektrrna pklad zapojen Vhody:
Vy innost: elektrrna s ist plynovm obhem: el = 0,28 - 0,38 elektrrna s parnm obhem: el = 0,28 - 0,42 elektrrna s paroplynovm obhem: el = 0,42 - 0,58
Kompresn prce plynovho obhu se zmenuje. Dky kondenzaci vodn pry se nkolikansobn zmenuje jej objem
pkon napjecho erpadla in dov procenta vkonu parn turbny (u ist plynovho obhu to jsou 2/3 hrubho vkonu turbny !)
Nevhody: Nutno spalovat jakostn palivo (plyn, olej) v plynov sti obhu.
-
2015 PEL 22
Elektrick sti elektrren
koly vyveden vkonu z elektrrny zajitn vlastn spoteby zajitn dicch, kontrolnch a ochrannch funkc pi vrob elektiny
Synchronn alterntory (PE, JE, VE) turboalterntory hladk rotor, 2 ply, 3000 ot/min hydroalterntory vynikl ply, nzk otky
Transformtory blokov VS
-
2015 PEL 23
Elektrick sti elektrren
Schma EM I
-
2015 PEL 24
Jadern elektrrny
Jadernm palivem je obohacen uran ve form tablet oxidu uraniitho Uspodanch do palivovch ty Modertorem i chladivem je deionizovan voda
Temeln (2 x 1125 MW) - 2002 Dukovany (4 x 520 MW) - 1986 Uloen vyhoelho jadernho paliva
-
2015 PEL 25
Jadern reakce
Vazebn energie
-
2015 PEL 26
Jadern reakce
Jadern tpen
-
2015 PEL 27
Jadern elektrrny - palivo
Palivov element pesn lisovan tablety oxidu uraniitho uloen v trubce ze zirkonov slitiny
Palivov lnky sloeny z vodic konstrukce a palivovch ty uloench v distannch mkch
Chladivo odvod tepla z reaktoru, me slouit zrove jako modertor
Modertor slou ke zpomalen neutron (snen energie) pi etzov reakci, obklopuje
palivo i regulan tye v reaktoru (voda, deuterium, grafit) Regulan tye
podle poteby jsou zasouvny do aktivn zny, kde pohlcuj neutrony, zen vkonu reaktoru (br, kadmium)
Havarijn tye slou k rychlmu utlumen tpn reakce v ppad poruchy
-
2015 PEL 28
Jadern elektrrny - palivo
-
2015 PEL 29
Jadern reaktor
-
2015 PEL 30
Jadern elektrrny
Rozdlen reaktor Podle neutron
tepeln reaktory tpen jadernho paliva pedevm tepelnmi neutrony (do 1 eV)
rychl reaktory tpen jadernho paliva pedevm rychlmi neutrony (nad 0,1 MeV). Z U238
vznik tpiteln materil. Podle chladiva a modertoru
PWR (VVER) 63% tlakovou vodou chlazen a moderovan reaktor (Dukovany, Temeln)
BWR 21% vrouc vodou chlazen a moderovan reaktor
PHWR 11% tkovodn reaktor (CANDU)
BWGR (RBMK) 4% vrouc vodou chlazen, grafitem moderovan reaktor (ernobyl)
FBR 1% rychl mnoiv reaktor, bez modertoru, Na chlazen
-
2015 PEL 31
Jadern elektrrny
Technologick schma jendookruhov elna (BWR)
dvojokruhov elna (PWR)
-
2015 PEL 32
Decentralizovan vroba elektrick energie
Decentralizovan vroba elektrick energie: vpadek marginln neovlivuje kvalitu elektrick energie v sti elektina je vyrbna v mst spoteby, odpadaj penosov ztrty lokln problmy s pipojovn do st neodpovd tradin koncepci DS
Decentralizace soustavy je spjata s rozvojem obnovitelnch zdroj energie (OZE).
Pomoc OZE m bt zajitna ekologick vrobaelektrick energie:
energie vodnch tok slunen energie energie spalovnm biomasy energie vtru
-
2015 PEL 33
Vodn elektrrny (VE)
Dle vkonu mal (MVE) do 20 MW stedn velk nad 200 MW
Dle funkce prton bez akumulace akumulan - zadruj/akumuluj vodu v ndri
nejvt akumulan VE Orlk 4 x 91 MW peerpvac pracuj v genertorickm a erpadlovm reimu
nejvt peerpvac VE Dlouh Strn 2 x 325 MW Dle spdu
nzkotlak do 20 m stedotlak vysokotlak nad 100 m
-
2015 PEL 34
Zkladn charakteristika vodnch turbn
celk = 0,6 0,8
-
2015 PEL 35
Bnkiho turbna
Rovnotlak turbna Dvojnsobn prtok obnho kola, pro spd od 1 do 50 m
rozsah prtok je od 50 l do nkolika m3/s (MVE)
-
2015 PEL 36
Peltonova turbna
Rovnotlak turbna s vyuitm pro spdy nad 30 m a pro prtoky od 10 l/s Vyuv se ve vysokotlakch (horskch) oblastech
-
2015 PEL 37
Francisova turbna
Pouv se pro velmi nzk spdy od 0,8 m a pro velk prtoky i jako reverzn v peerpvacch elektrrnch se spdem a do 500 m
I jako reverzibiln stroj
-
2015 PEL 38
Kaplanova turbna
Petlakov vborn regulovateln turbna Vroba je pomrn nron, co se odr ve vych cench Pouv se pro spdy od 1 do 20 m, prtoky 0,1 a nkolik m3/s
(jezov a MVE)
-
2015 PEL 39
Solrn elektrrny
Slunen elektrrny fotovoltaick
statick x trackery sten x voln plochy slunen elektrrna s kolektory
vov slunen elektrrna (heliostat) slunen zen je soustedno soustavou naklpjcch zrcadel na v, na
jejm vrcholu je umstn tepeln vmnk uren pro ohev teplonosnho mdia (principiln jako PE)
-
2015 PEL 40
Fotovoltaick elektrrny
75 % energie dopad na nae zem v obdob duben z V R dopadne na 1 m vodorovn plochy zhruba 950 1340 kWh energie Ron mnostv slunench hodin se pohybuje v rozmez 1331 1844 hod innost max cca 20 % Doba vyuit maxima cca 10 %
1 MWh / 1 kW inst.
-
2015 PEL 41
FVE
Instalovan vkon plocha panely: 150 W/m2 men plochy cca 1 MW/ha = 100 W/m2 nad 5 MW instalovanho vkonu mus bt plocha vt 0,5 MW/ha
komunikace, vvody, mnie, TRF
-
2015 PEL 42
FVE - vkon
Demonstran systm FEL (K13113) total 3 kW
-
2015 PEL 43
FVE - vkon
9.10.5.2011
500
0
500
1000
1500
2000
2500
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00 0:0
0
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500PpSMW
erpnMW
FvEMW
SpotebaMW
-
2015 PEL 44
FVE - vkon
11.12.5.2011
500
0
500
1000
1500
2000
2500
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00 0:0
0
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500PpSMW
erpnMW
FvEMW
-
2015 PEL 45
Vtrn elektrrny
vy polohy nad 650 m n.m. nelze realizovat VTE a FVTE v CHKO
-
2015 PEL 46
Vtrn elektrrny
Rozvoj vtrn energetiky na zem R 90. lta 1. rozmach poruchy, stagnace zkon 180/2005 2. rozmach doasn stagnace
VS vyhvn lopatek, vytpn, osvtlen, ztrty
VTE v R
P = k . D2 . v3Ddlka lopatky (m)vrychlost vtru (m.s-1)kkoeficient (typ turbny, innost)
-
2015 PEL 47
Vtrn elektrrny
Rychlost vtru Weibullovo rozdlen Krytofovy Hamry 21 x 2 MW
-
2015 PEL 48
Konstrukn proveden VTE
Konstrukce rotoru vrtule VTE pevn pipojen lopatek k rotoru turbny pohybliv uloen lopatek k rotoru turbny
(pitch regulation) Genertory pouvan ve VTE
asynchronn genertory synchronn genertory dvojit napjen genertory (double-fed generator)
Pipojen VTE do elektrick st pm pipojen
(turbna pevodovka genertor) nepm pipojen
(turbna mni f genertor)
-
2015 PEL 49
Biomasa
sprvn spalovn biomasy uvolnn jen tolik CO2 kolik je absorbovno rostoucmi rostlinami
obsah zanedbatelnho mnostv sry nevznik SO2 hodnoty NOX zvis na obsahu duskatch ltek a zvis
na teplot spalovn teplota spalovn ni ne 500C uvolnn nesplench dehtovch plyn lapae neistot v komn vy obsah vody ni vhevnost spalovn ist biomasy
tuh kapaln plynn
spalovn biomasy a fosilnch paliv
-
2015 PEL 50
Biomasa Vhody:
zdroj energie nen vzn na lokality pstovn energetickch plodin likvidace odpad zbytek lze vyut jako hnojiva men negativn dopady na ivotn prosted
Nevhody: vy obsah vody ni vhevnost vy objem paliva vy skladovac prostory vysok investin nklady na vrobu bioplynu nutnost likvidace popela logistika psunu paliva
Situace vyuit biomasy v R vyuit rychlerostoucch devin (habr, ole, ) vyuit devnho odpadnho materilu (devn odtpky a krajinky z pil) obiln slma:
vyuit v energetice pouze 20 - 30 % hlavn vyuit v zemdlstv
-
2015 PEL 51
Dal OZE
Geotermln
Plivov
Pbojov
-
2015 PEL 52
Cena elektiny
K / MWh regulovan poloky (ER) systmov sluby, OTE, OZE, distribuce da z elektiny zkon . 261/2007 Sb., o stabilizaci veejnch rozpot
1656,76
105,27495,00
6,94
1213,00
28,30
736,1067
Cena elektiny 2015 - D02d EZ
distribuce energie
systmov sluby
vkup OZE a KVET
innost OTE
silovka
da z elektiny
DPH