Przetworniki energii fal morskich

ZACHODNIOPOMORSKI
UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY
w SZCZECINIE
Wydział Inżynierii Mechanicznej i
Mechatroniki
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
Energetyka
„konwencjonalna”
Dr hab. inż. prof. ZUT
ZBIGNIEW ZAPAŁOWICZ
Ostoja 15.09.2014
Energetyka „konwencjonalna” – to energetyka wykorzystująca
przede wszystkim paliwa kopalne.
Zadaniem
sektora
energetycznego
jest
pokrycie
zapotrzebowania gospodarki narodowej na energię elektryczną
i ciepło (rzadziej chłód).
Problem podstawowy energetyki – nie można przechowywać w
dużych ilościach i w długim czasie zarówno energii elektrycznej
jak i cieplnej.
Produkcja energii elektrycznej musi być dostosowana do
bieżącego na nią zapotrzebowania.
Ostoja 15.09.2014
6000
6000
5000
5000
Dobowa ilość pary [t]
Dobowa ilość pary [t]
Przykładowe wykresy zapotrzebowania na energię
4000
3000
2000
1000
4000
3000
2000
1000
0
0
1
101 201 301 401 501 601 701 801 901 100111011201130114011501160117011801
Dzień
1
101 201 301 401 501 601 701 801 901 100111011201130114011501160117011801
Dzień
Wykresy zapotrzebowania na energię mogą być sporządzone
dla dowolnego przedziału czasu (doby, tygodnia, miesiąca,
sezonu lub roku)
Ostoja 15.09.2014
Podział elektrowni w systemie elektroenergetycznym
Siłownie szczytowe
Siłownie podszczytowe
Siłownie podstawowe
Nantes - Francja
Zarządzanie mocą – Centralna
Dyspozycja Mocy
Ostoja 15.09.2014
Para wodna
Siłownia parowa – elektrownia Clausiusa - Rankina
Energia
elektryczna
Paliwo /
/ Spaliny
Woda
Ostoja 15.09.2014
Elektrownia zbudowana według tego schematu cieplnego
pozwala na uzyskanie sprawności brutto około 22-28%.
W celu zwiększenia sprawności obiegu należy:
• podnieść parametry pary przed turbiną,
• obniżyć ciśnienie w skraplaczu,
• zastosować przegrzew międzystopniowy pary,
• zastosować układ regeneracji (podgrzewanie wody
zasilającej kocioł parą pobraną z upustów turbiny).
Zabiegi te pozwalają osiągnąć sprawność brutto elektrowni
do 45-50%.
Sprawność elektrowni netto – uwzględnienie potrzeb
własnych siłowni, które mogą wynosić nawet 10% energii
doprowadzonej z paliwem.
Ostoja 15.09.2014
Kocioł energetyczny – zadanie przetworzenie energii chemicznej
paliwa na energię cieplną najpierw spalin, potem pary wodnej.
Para wodna – temp ~570ºC
Para wodna – temp 535ºC - 540ºC;
ciśnienie około ~27MPa
Paliwo
Spaliny – temp ok. 800ºC
Utleniacz
Paliwo: stałe (węgiel kamienny,
brunatny), ciekłe (olej opałowy)
lub gazowe (gaz ziemny)
Utleniacz: powietrze lub tlen (OXY)
Ostoja 15.09.2014
Kotły parowe pyłowe firmy Rafako
WP-70
OP-650
Kocioł wodny pyłowy;
tangencjalne ustawienie
palników; dla
elektrociepłowni
Kocioł parowy pyłowy;
walczakowy; tangencjalne
ustawienie palników; dla
elektrowni
Produkt finalny: woda o
temp. 155ºC i ciś. 2,5 MPa
Produkt finalny: para o
temp. 540ºC i ciś. 13,5 MPa
BP-1150
Kocioł parowy pyłowy;
przepływowy; tangencjalne
ustawienie palników; dla
bardzo dużych bloków w
elektrowni
Produkt finalny: para o
temp. 540ºC i ciś. 18,3 MPa
Ostoja 15.09.2014
Blok energetyczny o mocy 200MW z kotłem OP-650
Czas
Godzina
Dzień
Miesiąc
Rok
Ilość spalanego węgla kamiennego
[Mg] – tony
95
2 280
68 400
832 200
Ilość wytworzonych produktów spalania
SO2 [Mg]
1,57
37,68
1 130
13 753
NOx [Mg]
0,73
17,52
526
6 395
CO2 [Mg]
190
4 560
136 800
1 664 400
Pył [Mg]
0,25
6
180
2 190
Żużel [Mg]
3
72
2 160
26 280
Popiół [Mg]
16,5
396
11 880
144 540
Ostoja 15.09.2014
Kotły parowe fluidalne firmy Rafako
AFK-c5
OFz-230
Kocioł parowy ze złożem
fluidalnym
Odsiarczanie w komorze spalania; elektrownia nie potrzebuje drogiego
układu odsiarczania spalin, niska temperatura spalania powoduje, że nie
występują tlenki azotu wysokotemperaturowe.
Ostoja 15.09.2014
Max. temperatura pary wodnej wytworzonej w kotle – 570ºC
Barierą jest żarowytrzymałość materiałów konstrukcyjnych
kotła.
Nie ma ograniczeń ze względu na ciśnienie.
Ochrona środowiska:
W każdej siłowni wymagany jest:
• układ oczyszczania spalin z pyłu (elektrofiltry),
• układ usuwania tlenków siarki i azotów (metody suche i
mokre),
• w przyszłości układ usuwania dwutlenku azotu.
Ostoja 15.09.2014
Skraplacz to wymiennik ciepła zadaniem którego jest skroplenie
pary wodnej i wytworzenie próżni.
Do chłodzenia skraplacza stosuje się wodę pochodzącą z rzek,
jezior, mórz.
Gdy na danym terenie występuje deficyt wody woda chłodząca
skraplacz kierowana jest do otwartych lub zamkniętych chłodni
kominowych.
ok. 50%
Chłodnia kominowa
typu otwartego
Rostok, Niemcy -1996
Ostoja 15.09.2014
Im niższe są parametry wody chłodzącej skraplacz tym niższe
ciśnienie można wytworzyć wewnątrz skraplacza.
W celu schłodzenia 1kg pary potrzeba od 60 do 80 kg wody.
Elektrownia Dolna Odra
Odra
Kanał dopływowy
Kanał odpływowy
Strata energii ok. 50%
http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_Dolna_Odra#m
ediaviewer/Plik:PGE_ZEDO_02.jpg
Np. blok z kotłem OP-650 o wydatku pary 182 kg/s potrzebuje min. 10 920kg/s
wody chłodzącej (tj. 39 312 Mg/h)
Ostoja 15.09.2014
Zastosowanie regeneracyjnego podgrzewu wody zasilającej
Schemat
układu
cieplnego
bloku energetycznego 360 MW
na parametry podkrytyczne
> 36%
Wymiennik
regeneracyjny ciepła
W układach cieplnych stosuje się
max 10 - 12 wymienników
regeneracyjnych ciepła
< 50%
Portacha J.: Badania energetyczne ...
Ostoja 15.09.2014
Turbina parowa – zadanie przetworzenie energii cieplnej pary
wodnej na energię kinetyczną a potem na pracę mechaniczną;
maszyna wirnikowa.
Fot. Jeliński
Ostoja 15.09.2014
Moc jednostkowa turbin jest ograniczona:
• liczbą obrotów wału turbiny, która z kolei zależy od
częstotliwości sieci elektroenergetycznej,
• wytrzymałością materiałów, z których wykonana jest
turbina,
• ilością pary, która może
Typ 13K215
• przepłynąć przez turbinę.
Moc maksymalna turbiny
to około 1000 MW.
http://www.zedolnaodra.pgegiek.pl/index.php/technika-i-technologia/
Ostoja 15.09.2014
Generator – zadanie przetworzenie pracy mechanicznej na
energię elektryczną; w elektrowniach stosuje się maszyny
synchroniczne trójfazowe, najczęściej obcowzbudne; generator
wytwarza prąd o częstotliwości 50Hz ± 0,5Hz i posiada jedną
parę biegunów.
Generator elektryczny
Turbina
Wzbudnica
Układ wymienników
regeneracyjnych
Główna pompa zasilająca – zadanie podniesienie ciśnienia;
niezawodność pracy elektrowni wymaga zastosowania
przynajmniej 2 pomp o niezależnym napędzie.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_Dolna_Odra#mediaviewer/Plik:PGE_ZEDO_09.jpg
Ostoja 15.09.2014
Elektrociepłownia z turbiną przeciwprężną
Temperatura
pary
wylotowej z turbiny
powinna być wyższa
niż 100ºC
Energia cieplna
Wymiennik ciepła
0,2 – 1 MPa
Elektrociepłownia z turbiną
kondensacyjno-upustową
Ostoja 15.09.2014
Kierunki rozwoju elektrowni konwencjonalnych:
Zwiększenie sprawności elektrowni poprzez wprowadzenie
parametrów nadkrytycznych i ultra nadkrytycznych,
Optymalizacja obiegów cieplnych,
Obniżenie ciśnienia w skraplaczu (chłodzenie wodą morską),
Zastosowanie drugiego stopnia przegrzewacza
międzystopniowego,
Lepsze wykorzystanie energii spalin,
Doskonalenie konstrukcji kotła i turbiny,
Zwiększenie udziału skojarzenia w produkcji ciepła.
Ostoja 15.09.2014
Turbina gazowa typ GT24 firmy Alstom
Turbina
Sprężarka
Schemat cieplny siłowni
gazowej z układem
regeneracji
Palniki
http://www.alstom.com/power/fossil/gas/turnkey-powerplants/combined-cycle/ka26/
Chłodzenie łopatek turbin
gazowych
Moc siłowni energetycznej do 150 MW
Ostoja 15.09.2014
Porównanie turbina gazowa – turbina parowa
Parametr
Turbina gazowa
Turbina parowa
Ciśnienie czynnika
roboczego
< 25 bar
< 250 bar
Temperatura
czynnika roboczego
Ciśnienie wylotowe
< 1200°C
< 550 °C
≥ 1 bar
≥ 0,02 bar
> 400°C
> 20°C
500 kJ/kg
1500 kJ/kg
4 do 8
20 do 40
Temperatura
wylotowa
Spadek entalpii
Liczba stopni
Ostoja 15.09.2014
Układ kombinowany:
turbina gazowa –
kocioł odzyskowy –
turbina parowa –
generator
Rostok, Niemcy -1996
Komora
spalania
Dodatkowa
komora
spalania
3x24 MW
3x13 MW
110 MW
Zespół 3 bloków złożony z
turbin gazowych i parowych
Woda sieciowa
powrót
AHK kocioł odzyskowy
Pompa obiegowa
GT turbina gazowa
Chłodnica
DT turbina parowa
G
generator
WT wymiennik ciepła
GK sprężarka gazu
LK
sprężarka powietrza
ηbrutto
 75 - 88%
s
120 MW
Woda sieciowa
zasilanie
Siłownia parowo-gazowa CCTG (Combined Cycle Turbine Generator)
Ostoja 15.09.2014
Siłownia wielopaliwowa
30 MPa, 580oC
600oC
575 MW
450 MW
2,2 kPa
570 MW
40 MW
320oC
150 MW
η
brutto
s
 48,3%
Avedore 2,
Dania - 2001
Ostoja 15.09.2014
Avedore 2, Dania - 2001
Ostoja 15.09.2014
Siłownia szczytowo - pompowa
Zbiornik górny
Zbiornik dolny
Budynek
elektrowni
Żydowo
Dziękuję Państwu
za uwagę
www.power-technology.com