Vyroba Elektricke Energie

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKANCH TECHNOLOGI VYSOK UEN TECHNICK V BRN

Vroba elektrick energie

Doc. Ing. Antonn Matouek, CSc.

Autor textu: Doc. Ing. Antonn Matouek, CSc.

Garant pedmtu:

Vroba elektrick energie 1

Obsah 1 VOD ................................................................................................................................7

1.1 ZDROJE ENERGIE..........................................................................................................7 1.1.1 Neobnoviteln zdroje energie .............................................................................9 1.1.2 Obnoviteln zdroje energie..............................................................................12

1.2 VROBA ELEKTRICK ENERGIE..................................................................................16 1.2.1 Vvoj spoteby prvotn energie.........................................................................16 1.2.2 Vvoj spoteby elektrick energie.....................................................................17 1.2.3 Rst vkon a jednotkovch vkon .................................................................19

1.3 ZKLADN ENERGETICK NZVOSLOV A POJMY .......................................................21 1.3.1 Nzvoslov pouvan v energetickch vrobnch............................................21 1.3.2 Pojmy elektrickho vkonu ..............................................................................22 1.3.3 Zloha zazen a odstaven do zlohy .............................................................23

2 TEPELN ELEKTRRNY ..........................................................................................25 2.1 KONDENZAN ELEKTRRNY.....................................................................................25

2.1.1 Tepeln obh.....................................................................................................25 2.1.2 innosti a mrn spoteby..............................................................................27 2.1.3 Nvrh tepelnho schma...................................................................................30 2.1.4 Volba parametr a zvyovn tepeln innosti obhu ....................................31 2.1.5 Vpoet tepelnho schmatu.............................................................................34 2.1.6 Hlavn technologick okruhy ............................................................................39 2.1.7 Hlavn technologick zazen ..........................................................................42 2.1.8 Provoz technologickho zazen ......................................................................50 2.1.9 Provozn charakteristiky...................................................................................55 2.1.10 itn spalin ....................................................................................................59

2.2 ELEKTRRNY SE SPALOVAC TURBNOU ....................................................................62 2.2.1 Zkladn charakteristika obhu........................................................................62 2.2.2 Tepeln innost spalovacch turbn................................................................63

2.3 KOMBINOVAN VROBA ELEKTRICK ENERGIE A TEPLA...........................................65 2.3.1 Teplrny s protitlakovmi turbnami ................................................................66 2.3.2 Teplrny s kondenzanmi odbrovmi turbnami ...........................................68 2.3.3 Paroplynov elektrrny a teplrny ...................................................................68 2.3.4 Kogeneran jednotky.......................................................................................70

3 JADERN ELEKTRRNY ..........................................................................................72 3.1 VBR ZE ZKLAD TEORIE JADERNCH REAKTOR ................................................72

3.1.1 Energie jdra atom .........................................................................................73 3.1.2 Radioaktivita.....................................................................................................74

3.2 MONOSTI UVOLOVN JADERN ENERGIE..............................................................74 3.2.1 Termojadern syntza ......................................................................................75 3.2.2 tpn reakce....................................................................................................76

3.3 ZKLADN POJMY ......................................................................................................76 3.3.1 Jadern reakce..................................................................................................76 3.3.2 Zpomalovn neutron......................................................................................77 3.3.3 zen etzov reakce a zen reaktoru .........................................................77 3.3.4 Teplotn koeficient reaktivity ............................................................................80 3.3.5 Otrava a zastruskovn reaktoru ......................................................................80 3.3.6 Vyhoen paliva ................................................................................................81

2 Fakulta elektrotechniky a komunikanch technologi VUT v Brn

3.4 DRUHY JADERNCH REAKTOR ................................................................................ 82 3.4.1 Rozdlen reaktor ........................................................................................... 82 3.4.2 Charakteristika ve svt nejpouvanjch energetickch reaktor ............... 84 3.4.3 Konstrukce jadernho reaktoru ....................................................................... 91

3.5 TECHNOLOGICK SCHMA JADERNCH ELEKTRREN .............................................. 92 3.5.1 Elektrrny s tlakovodnmi reaktory.................................................................. 93 3.5.2 Palivov lnek ................................................................................................ 97 3.5.3 Chladc smyka ............................................................................................... 98 3.5.4 Systm kompenzace objemu ........................................................................... 100 3.5.5 Sekundrn okruh ........................................................................................... 101 3.5.6 Pomocn a havarijn systmy......................................................................... 102

3.6 PROVOZ JADERN ELEKTRRNY.............................................................................. 104 3.6.1 Spoutn reaktoru ......................................................................................... 104 3.6.2 Provozn reimy jadern elektrrny............................................................... 105 3.6.3 Vmna paliva................................................................................................ 106 3.6.4 Regulace jadernch elektrren ...................................................................... 109 3.6.5 Palivov cyklus............................................................................................... 111 3.6.6 Bezpenost jadernch elektrren ................................................................... 115

4 VODN ELEKTRRNY ............................................................................................. 122 4.1 VYUIT ENERGIE VODNCH TOK V R ................................................................. 123 4.2 ENERGIE VODNHO TOKU ........................................................................................ 124

4.2.1 Bernoulliho rovnice........................................................................................ 124 4.2.2 Vkon a vroba vodn elektrrny ................................................................... 126

4.3 ROZDLEN VODNCH ELEKTRREN ........................................................................ 127 4.4 USPODN VODN ELEKTRRNY.......................................................................... 129

4.4.1 Vodohospodsk st ................................................................................... 129 4.4.2 Technologick vybaven strojovny ................................................................. 131 4.4.3 Elektrick st................................................................................................ 134

4.5 ZKLADN EEN HYDROENERGETICKHO DLA .................................................... 134 4.5.1 Vodn elektrrny jezov.................................................................................. 134 4.5.2 Vodn elektrrny pehradov ......................................................................... 135 4.5.3 Derivan vodn elektrrny ............................................................................ 135 4.5.4 Peerpvac vodn elektrrny....................................................................... 136 4.5.5 Plivov elektrrny........................................................................................ 139 4.5.6 Mal vodn elektrrny .................................................................................... 140

5 SPECILN ELEKTRRNY..................................................................................... 142 5.1 ELEKTRRNY S MAGNETOHYDRODYNAMICKMI GENERTORY.............................. 142 5.2 ELEKTRRNY S TERMOJADERNM REAKTOREM...................................................... 143 5.3 ELEKTROCHEMICK PALIVOV LNKY.................................................................. 146

6 VSTUPN TEST........................................................................................................... 147 6.1 ZADN TESTU ........................................................................................................ 147 6.2 VSLEDKY TESTU ................................................................................................... 148


Seznam obrzk OBRZEK 1.1: DOVOZ PRIMRNCH ZDROJ ENERGIE DO R 8 OBRZEK 1.2: SLOEN UHL 9 OBRZEK 1.3: TBA UHL V R 10 OBRZEK 1.4: ZEM V R VHODN K VSTAVB VTRNCH ELEKTRREN 13 OBRZEK 1.5: PRMRN RON DOPADAJC SLUNEN ENERGIE NA ZEMI V KWH/M2 ZA

ROK 14 OBRZEK 1.6: TEPELN VKON GEOTERMLNCH ZDROJ NA ZEM R A SR 15 OBRZEK 1.7: STRUKTURA PRIMRNCH ENERGETICKCH ZDROJ R 17 OBRZEK 1.8: VVOJ VROBY A SPOTEBY ELEKTRICK ENERGIE V SSR 18 OBRZEK 1.9: VROBA A SPOTEBA ELEKTRICK ENERGIE V R 19 OBRZEK 1.10: VZNAMN ZDROJE ELEKTRICK ENERGIE V R 20 OBRZEK 1.11: POKRYT SPOTEBY ELEKTRICK ENERGIE R PODLE ZDROJ 21 OBRZEK 2.1: ZJEDNODUEN TEPELN SCHMA 26 OBRZEK 2.2: RANKIN-CLAUSIV OBH V T-S A I-S DIAGRAMU 26 OBRZEK 2.3: EXPANZE V KONDENZAN TURBN 27 OBRZEK 2.4: TEPELN SCHMA A) S DVOJITM SPOLENM PAROVODEM; 30 OBRZEK 2.5: TEPELN SCHMA BLOKU 200 MW 32 OBRZEK 2.6: PRBH ZVYOVN PARAMETR PRY V T-S DIAGRAMU: A) TEPLOTA, B)

TLAK 33 OBRZEK 2.7: ZKLADN ZPSOBY ZAPOJEN REGENERANCH OHVK: 34 OBRZEK 2.8: ZJEDNODUEN TEPELN SCHMA PRO VPOET TEPELN BILANCE 35 OBRZEK 2.9: ZJEDNODUEN TEPELN SCHMA PIHVN PRY: A) V KOTLI, B) OSTROU

PROU 37 OBRZEK 2.10: PIHVN PRY V I-S DIAGRAMU 37 OBRZEK 2.11: SCHMA TECHNOLOGICKCH OKRUH 39 OBRZEK 2.12: TECHNOLOGICK SCHMA KONDENZAN ELEKTRRNY 40 OBRZEK 2.13: SCHMA OBHU VODY V KOTLI: A) BUBNOVM, B) PRTONM 43 OBRZEK 2.14: PRINCIPILN SCHMA ATMOSFRICKHO FLUIDNHO KOTLE S CIRKULAN

FLUIDN VRSTVOU 45 OBRZEK 2.15: USPODN PARNCH TURBN: A) DVOUTLESOV (50MW), B) TTLESOV (100

A 200MW) C) TYTLESOV (500 A 1000), D) DVOUHDELOV (1200 A1500MW) 46 OBRZEK 2.16: SCHMATICK EZ KONDENZANM TURBOSOUSTROJM 47 OBRZEK 2.17: SCHMA KONDENZAN TURBNY S REGULOVANM ODBREM 47 OBRZEK 2.18: EZ BLOKEM 200 MW 53 OBRZEK 2.19: PDORYS DVOU BLOK ELEKTRRNY 4X200 MW 54 OBRZEK 2.20: ZKLADN CHARAKTERISTIKY PARNCH KOTL 56 OBRZEK 2.21: ZKLADN CHARAKTERISTIKY KONDENZANCH TURBN 57 OBRZEK 2.22: SPOTEBN CHARAKTERISTIKA TURBOSOUSTROJ S ODBROVOU TURBNOU 58 OBRZEK 2.23: SPOTEBN CHARAKTERISTIKA TURBOSOUSTROJ S PROTITLAKOVOU

TURBNOU 59 OBRZEK 2.24: ODLUOVKY POPLKU: A) MECHANICK, B) ELEKTROSTATICK 60 OBRZEK 2.25: SCHMA OTEVENHO (VLEVO) A UZAVENHO (VPRAVO) OBHU SPALOVAC

TURBNY 63 OBRZEK 2.26: TEPELN OBH SPALOVAC TURBNY V T-S DIAGRAMU: A) IDELN, B)

SKUTEN 64 OBRZEK 2.27: SROVNN SPOLEN A ODDLEN VROBY ELEKTRICK ENERGIE A TEPLA 66 OBRZEK 2.28: ZJEDNODUEN SCHMA TEPLRNY S PROTITLAKOVOU TURBNOU 67 OBRZEK 2.29: TEPELN OBH S PROTITLAKOVOU TURBNOU: A) T-S DIAGRAM, B) I-S

DIAGRAM 67


OBRZEK 2.30: ZJEDNODUEN SCHMA TEPLRNY S KONDENZAN ODBROVOU TURBNOU 68 OBRZEK 2.31: SCHMA PAROPLYNOVHO CYKLU 69 OBRZEK 2.32: PRBH PAROPLYNOV CYKLUS V T-S DIAGRAMU 69 OBRZEK 2.33: SCHMA AZEN PLOCH SPALINOVHO KOTLE ZA SPALOVAC TURBNOU 69 OBRZEK 2.34: PRINCIPILN SCHMA KOGENERAN JEDNOTKY ABB 70 OBRZEK 2.35: SCHMA KOGENERAN JEDNOTKY SE PSTOVM MOTOREM 71 OBRZEK 2.36: SCHMA KOGENERAN JEDNOTKY SE SPALOVAC TURBNOU 72 OBRZEK 3.1: ZVISLOST VAZEBN ENERGIE NA NUKLEONOVM SLE 74 OBRZEK 3.2: SCHMA TPN REAKCE 75 OBRZEK 3.3: PRINCIP FZN REAKCE 75 OBRZEK 3.4: SCHMA REAKTORU: A) S TLAKOVOU NDOBOU, B)

S TECHNOLOGICKMIKANLY 83 OBRZEK 3.5: SCHMA LEHKOVODNHO VARNHO REAKTORU (BWR) 84 OBRZEK 3.6: SCHMA TLAKOVODNHO REAKTORU (PWR) 85 OBRZEK 3.7: TKOVODN REAKTOR CANDU 86 OBRZEK 3.8: GRAFITOV REAKTOR MAGNOX 87 OBRZEK 3.9: GRAFITOV REAKTOR AGR 87 OBRZEK 3.10: GRAFITOV REAKTOR RBMK 1000 88 OBRZEK 3.11: VYSOKOTEPLOTN GRAFITOV REAKTOR HTGR 89 OBRZEK 3.12: SCHMA RYCHLHO REAKTORU 90 OBRZEK 3.13: ROZDLEN JADERNCH ELEKTRREN PODLE POTU TECHNOLOGICKCH

OKRUH 92 OBRZEK 3.14: A) REAKTOR PRO VVER-440: B) REAKTOR PRO VVER-1000: 94 OBRZEK 3.15: PALIVOV LNEK (KAZETA) PRO JADERNOU ELEKTRRNU VVER-440 98 OBRZEK 3.16: EZ PARNM GENERTOREM PRO VVER-440 99 OBRZEK 3.17: EZ KOMPENZTOREM OBJEMU VVER-440 100 OBRZEK 3.18: ZJEDNODUEN TEPELN SCHMA BLOKU JADERN ELEKTRRNY VVER-440 102 OBRZEK 3.19: SCHMA KONTINULNHO ITN CHLADIVA 103 OBRZEK 3.20: PDORYS PROSTORU PRO VMNU PALIVA S VYZNAEN POHYBU

PRACOVN TYE ZAVECHO STROJE 107 OBRZEK 3.21: PRBH SNIOVN ZBYTKOVHO TEPLA PO ODSTAVEN REAKTORU 108 OBRZEK 3.22: REGULACE PI STLM PRTOKU CHLADIVA: A) NA KONSTANTN STEDN

TEPLOTU, 109 OBRZEK 3.23: KOMPROMISN ZPSOB REGULACE PI STLM PRTOKU CHLADIVA 110 OBRZEK 3.24: SCHMA OTEVENHO PALIVOVHO CYKLU 111 OBRZEK 3.25: UZAVEN PALIVOV CYKLUS 112 OBRZEK 3.26: ZMNA PALIVA PO VYHOEN 114 OBRZEK 3.27: ZJEDNODUEN SCHMA HAVARIJNHO CHLAZEN AKTIVN ZNY REAKTORU

V-213 118 OBRZEK 3.28: SCHMA BEZPENOSTNCH BARIR V JADERN ELEKTRRN 119 OBRZEK 3.29: SCHMATICK EZ REAKTOROVNOU VVER-1000 120 OBRZEK 3.30: SCHMATICK EZ BLOKEM JADERN ELEKTRRNY VVER-1000 121 OBRZEK 4.1: SCHMA VLTAVSK A VSK KASKDY VODNCH ELEKTRREN

S VYZNAENM ELEKTRREN 122 OBRZEK 4.2: SCHMA NHO A DERIVANHO EEN VODN ELEKTRRNY 127 OBRZEK 4.3: EZ NZKOTLAKOU VODN ELEKTRRNOU 128 OBRZEK 4.4: EZ STEDOTLAKOU VODN ELEKTRRNOU 129 OBRZEK 4.5: ROZDLEN OBJEMU VODN NDRE 130 OBRZEK 4.6: EZ FRANCISOVOU TURBNOU 131 OBRZEK 4.7: EZ KAPLANOVOU TURBNOU 132


OBRZEK 4.8: SCHMA PELTONOVY TURBNY 132 OBRZEK 4.9: EZ DRIAZOVOU TURBNOU 133 OBRZEK 4.10: EZ PMOPROUDOU TURBNOU 133 OBRZEK 4.11: SCHMA PROVEDEN DERIVANCH ELEKTRREN 135 OBRZEK 4.12: EEN PEERPVAC VODN ELEKTRRNY Z HLEDISKA VODNHO REIMU:

A) UML AKUMULACE, B) SMEN AKUMULACE 136 OBRZEK 4.13: USPODN STROJNHO ZAZEN PEERPVAC VODN ELEKTRRNY 137 OBRZEK 4.14: ROZDLEN ZTRT PEERPVAC VODN ELEKTRRNY 138 OBRZEK 4.15: SCHMA PLIVOV ELEKTRRNY A POHLED NA ELEKTRRNU V ST EKY

RANCE 139 OBRZEK 4.16: STANOVEN PRTOKU A SPDU NA VODNM TOKU 140 OBRZEK 4.17: PKLAD EEN MAL VODN ELEKTRRNY 141 OBRZEK 5.1: PRINCIP MAGNETOHYDRODYNAMICKHO GENERTORU 142 OBRZEK 5.2: SCHMA ELEKTRRNY S MAGNETOHYDRODYNAMICKM GENERTOREM 143 OBRZEK 5.3: PRINCIPILN SCHMA SYSTMU TOKAMAK 144 OBRZEK 5.4: EZ MODELEM TOKAMAKU JET 145 OBRZEK 5.5: PRINCIP ELEKTROCHEMICKHO PALIVOVHO LNKU 146


Seznam tabulek TABULKA 1.1: PRIMRN ZDROJE ENERGIE R 8 TABULKA 1.2: SVTOV ZSOBY UHL 9 TABULKA 1.3: VVOJ SVTOV TBY ERNHO UHL 10 TABULKA 1.4: GEOLOGICK ZSOBY ROPY VE SVT 11 TABULKA 1.5: ROZLOEN ZSOB ZEMNHO PLYNU VE SVT 11 TABULKA 1.6: SPOTEBA ZEMNHO PLYNU V R V R. 1999 PODLE JEDNOTLIVCH MSC

(106 M3) 12 TABULKA 1.7: VVOJ HRUB VROBY ELEKTRICK ENERGIE ES R V LETECH 1980 A 2000 19 TABULKA 2.1: ZKLADN DAJE O TURBOALTERNTORECH PROVOZOVANCH V R 48 TABULKA 3.1: POUITELN MATERILY: 82 TABULKA 3.2: V PRAXI UVAN KOMBINACE MATRIL 83 TABULKA 4.1: ELEKTRRNY VLTAVSK KASKDY 123 TABULKA 4.2: ELEKTRRNY A.S. EZ MIMO VLTAVSKOU KASKDU 123 TABULKA 4.3: KATEGORIE MVE 140


Obsah tchto uebnch text pro pedmt VROBA ELEKTRICK ENERGIE je zamen na technologick procesy, kter probhaj pi vrob elektrick energie v rznch typech prmyslov provozovanch elektrren. V vodu jsou uvedeny nezbytn daje o prodnch zdrojch energie, vyuitelnch pro pemnu na elektrickou energii, o vvoji a rozvoji elektroenergetiky a zkladn daje o vrob a spoteb elektrick energie v R. Dal samostatn kapitoly pojednvaj o postupn o elektrrnch tepelnch, jadernch a vodnch s drazem na vrobn zdroje R. V zvru jsou uvedeny strun informace o netradinch a perspektivnch zdrojch elektrick energie. Pro sprvn pochopen probran problematiky jsou nezbytn znalosti z technick termomechaniky a zkladn vdomosti o jednotlivch prvcch technologickho zazen. Svoje vdomosti z pedchozho studia si ovte zpracovnm vstupnho testu (6.16.1Zadn testu). Pedpokld se, student absolvoval pedmty Technick mechanika a Strojn zazen elektrren.

1 vod ivot a existence lovka na Zemi je podmnn klou pemn energie, z nich pro

ivot nejvznamnj je fotosyntza. V prod vznikly nkter zdroje energie, kter lze vyut pmo, avak elektrickou energii v prakticky vyuiteln form mezi nimi nenajdeme. Elektrickou energii ve vyuiteln form vak lze zskat jedno nebo vcestupovou pemnou jinch prodnch druh energie, a to energie mechanick, tepeln, chemick i svteln a dalch. Vroba elektrick energie pat do oblasti pemn energie. Elektrick energie se dky svm vlastnostem (pedevm pomrn snadnmu penosu na velk vzdlenosti a monosti pemny na jin formy energie) stala nejdleitj a nejulechtilej formou energie. Je vznamnou soust energetickho hospodstv kad zem a m v nm prioritn postaven. Jej vroba a spoteba zce souvis s vyuvnm primrnch zdroj energie, s technickm rozvojem a populanm vvojem lidstva. Souasn svt si bez elektrick energie nedovedeme pedstavit. Pro veobecn pouit v prmyslu, doprav i domcnostech se elektrick energie vyrb v rznch typech elektrren.

1.1 Zdroje energie

Zkladnm zdrojem energie pokrvajcm poteby lovka je proda. Prodn zdroje energie oznaujeme jako primrn zdroje. Pochzej pedevm z innosti Slunce, ale tak z innosti Msce, z geofyziklnho tepla, z jadernch tpnch reakc apod. Po mnoho stalet se vyuvala energie pouze v prodnch formch, tj. biomasa zejmna devo k zskn tepla,


voda a vtr jako hnac sla. Dnen ivot si nedovedeme pedstavit bez nejrznjch druh energie zulechtn (elektina, uitkov plyny, pra, hork voda aj.). Zulechovn energie je proces pemny energie z primrnch zdroj na jin vhodnj formy energie.

Prodn (primrn) energetick zdroje rozdlujeme zpravidla na vyerpateln (neobnovujc se) a nevyerpateln (obnovujc se). Vyerpatelnmi zdroji primrn energie jsou vechny zdroje, kter po pemn primrn energie v jinou, zpravidla vhodnj formu, se v historicky krtk dob neobnov. Nevyerpatelnmi zdroji pak rozumme takov zdroje, kter po pemn v jinou formu energie se vlivem prodnch zkon samovoln obnov a je mon je znovu vyut (nap. energie vodnch tok, energie vtru aj.). Primrn energetick zdroje R jsou uvedeny viz Tabulka 1.1 (Poznmka k tabulce: Prvotnm teplem se v tabulce rozum teplo vyroben v jadernch reaktorech, prvotn elektinou je elektrick energie vyroben ve vodnch elektrrnch spolu se saldem dovozu a vvozu elektiny. Uveden primrn energetick zdroje jsou souhrnem tuzemskch a dovezench zdroj.)

Tabulka 1.1: Primrn zdroje energie R 1995 1996 1997 1998 1999 Prodn zdroj

PJ % PJ % PJ % PJ % PJ % tuh paliva 1005,7 57,5 1015,8 55,7 976,5 56,0 882,7 53,2 787,0 50,8 kapaln paliva 321,5 18,4 341,5 18,7 305,3 17,5 313,1 18,9 310,5 20,1 plynn paliva 279,2 16,0 318,0 17,4 323,8 18,6 322,3 19,4 319,0 20,6 prvotn teplo 134,3 7,7 140,9 7,7 137,3 7,9 144,6 8,7 135,2 8,7 prvotn elektina 8,7 0,5 7,1 0,4 1,8 0,1 -3,8 - 0,2 -3,7 -0,2 celkem 1749,4 100,0 1823,3 100,0 1744,7 100,0 1658,9 100,0 1548,0 100,0

Dleit je vyuit sekundrnch (druhotnch) zdroj energie. Je to mnostv energie,

kter zbylo po pouit v uritm energetickm nebo technologickm procesu a me bt znovu vyuito ve form paliv nebo tepla pro dal energetick ely. Ve form tepla lze vyut odpadn teplo z tchto proces:

teplo odveden ze systm chlazen vrobnch agregt (ohvac pece, vysok a martinsk pece, spalovac motory apod.),

teplo zskan na rznch stupnch vrobnho procesu pi chlazen produkt vroby (teplo z haen koksu, teplo ze zahtho kovu, chemickch produkt, z produkt zpracovn ropy, zpracovn celulzy apod.),

teplo z kouovch plyn rznch tepelnch zazen. Ve form plynnch paliv se druhotn energetick zdroje vyskytuj zejmna

v chemickm prmyslu (plyn zskan ze zpracovn koksrenskho plynu v duskrnch, plyn vznikajc pi vrob nkterch typ deht apod.).

Obrzek 1.1: Dovoz primrnch zdroj energie do R


Tuh druhotn paliva lze zskat z odpadu pi vrob papru (celulzov vluhy), pi

zpracovn surovho deva (piliny), devask vrob apod. Intenzivnm vyuitm druhotnch zdroj je mon doshnout znanch energetickch spor.

1.1.1 Neobnoviteln zdroje energie Neobnoviteln zdroje energie jsou reprezentovny pedevm fosilnmi (pedvkmi)

palivy, tj. ernm a hndm uhlm, lignitem, raelinou, ropou a zemnm plynem. Loiska uhl, ropy a zemnho plynu jsou obrovsk zsobrny energie, kter se tvoily miliony let. Tyto suroviny v sob skrvaj pomrn snadno uvolnitelnou energii. Mezi neobnoviteln zdroje potme i jadern paliva nachzejc se v prod, tj. uran a thorium.

Uhl se pouv jako energetick zdroj zejmna pro zskvn tepla zhruba od poloviny 19.stolet, piem na potku 20. stolet zaujmalo dominantn postaven mezi fosilnmi palivy. Vznam uhl poklesl, kdy byly objeveny a prmyslov vyuvny velk zsoby lehce titeln a donedvna relativn levn ropy. V souasn dob se ve svt opt vnuje pozornost rozvoji tby, aby se snila zvislost na zmenujcch se zdrojch ropy a na jejich zvyujcch se cench. Zkoumaj se nov zpsoby dobvn a pouvn uhl, zejmna tch zsob, kter jsou zatm oznaovny jako netiteln.

Tabulka 1.2: Svtov zsoby uhl Geologick zdroje

uhl Ekonomicky vytiteln

zsoby uhl

zem:

Jednotka: ern hnd ern hnd

Evropa 106 tmp 535 664 53 741 95 010 33 752 Asie 106 tmp 5 494 025 887 127 219 226 29 591 Afrika 106 tmp 172 714 190 34 033 90 Severn Amerika 106 tmp 1 286 255 1399 525 121 938 65 031 Jin Amerika 106 tmp 25 105 9 263 4 901 5 860 Ocenie 106 tmp 213 890 49 034 18 164 9 333 Celkem svt 106 tmp 7 727 653 2 398 880 493 272 143 657 z toho R a SR 106 tmp 9 878 5 327 5 056 1 858

Prmrn produkce uhl na jednoho obyvatele ve svt byla v roce 1977 asi 2,7 tmp. U ns (v tehdej SSR) 7,75 tmp, dnes je produkce podstatn ni a in na jednoho obyvatele R asi 2,3 tmp. Celkov svtov zdroje ernho (uhl o spalnm teple vtm ne 23,9 GJ/t) a hndho uhl (uhl o spalnm teple menm ne 23,9 GJ/t) se odhaduj na 10,13 .1012 tmp (1 kg mrnho paliva [kgmp] je ekvivalentn energii 29 310 kJ). Zsoby vytiteln pi dnench technickch a ekonomickch podmnkch in asi 640 . 109 tmp, co je zhruba jen 6,3 % znmch zdroj. Rozloen zsob uhl na Zemi je velmi nerovnomrn, jak dokazuj daje zveejnn OSN v r.1980 (Tabulka 1.2).

Obrzek 1.2: Sloen uhl


V polovin devadestch let dvactho stolet se udvaly svtov zsoby ernho uhl titeln dnes znmmi technologiemi 844.109 tmp. Tyto zsoby by pi zachovn souasn spoteby vystaily zhruba na 250 let. Dal roziovn spoteby uhl je dnes limitovno ekologickmi omezenmi. Jedn se pedevm o omezen produkce oxidu uhliitho, oznaovanho jako sklenkov plyn. Po zvldnut technologie odstraovn oxidu siiitho (SO2) a oxid dusku (NOx) ze spalin je prv tvorba oxidu uhliitho (CO2) vznamnm handicapem spalovn uhl. Ekologickmu omezen podlh i tvorba popelovin a kvry vznikajcch v prbhu procesu spalovn uhl a je obsahuj biologicky kodliv ltky a radioaktivn prvky. Vvoj svtov produkce ernho uhl ukazuje pehledn Tabulka 1.3. Tabulka 1.3: Vvoj svtov tby ernho uhl Region 1950 1960 1970 1980 1990 1999 Evropa 103 t 741 603 973 043 991 690 1 053 216 921 012 528 287 Asie 103 t 118 787 544 295 540 164 817 714 1 406 616 1 479 852 Afrika 103 t 30 079 24 814 59 505 120 239 182 106 229 347 Sev.Amerika 103 t 526 529 405 293 568 624 744 444 925 004 999 998 Austrlie 103 t 17 726 43 281 47 603 74 319 161 261 228 466 Svt celkem 103 t 1 434 724 1 990 726 2 207 586 2 809 932 3 595 999 3 465 950 R 103 t 21 000 9 000

V R pedstavuje uhl hlavn primrn energetick zdroj Tabulka 1.1. Tba ernho

uhl je u ns pouze hlubinn. V souasn dob je tba postupn utlumovna. Nyn je soustedna pouze do dvou revr: kladenskho a ostravsko-karvinskho. Souasn stav vytitelnch zsob in zhruba 411.106 tun. Nejvt a nejvznamnj loiska jsou na Ostravsku a Karvinsku. Dve bylo ern uhl teno i na Kladensku, Plzesku, Trutnovsku a Rosicku.

Obrzek 1.3: Tba uhl v R

Pro vrobu elektrick energie se v R tm vhradn pouv hnd energetick uhl.

Je to uhl s ni vhevnost a s vysokm obsahem balastnch ltek a kodlivin. Souasn daje o reln vyuitelnch zsobch hndho uhl na innch dolech R hovo o mnostv piblin 3.109 t. Tba uhl je na zklad usnesen vldy R omezena zemn ekologickmi limity. Souasn ron tba hndho uhl in zhruba 48.106 t. (V roce 1984 byla historicky nejvy tba cca 97.106 t.) Zsoby hndho uhl jsou soustedny v R do oblasti pod Krunmi horami (mosteck a sokolovsk revr). V R se hnd uhl t z 88 % povrchovm zpsobem, zbytek hlubinnm.


Z pevnch fosilnch paliv se na zem R nachz i lignit. Lignitov loiska se nachzej v echch a na Hodonnsku. Zsoby lignitu, jeho vhevnost je okolo 8 000 kJ/kg, se u ns odhaduj na 2 182.106 t. Tba lignitu, pouvanho jako paliva v elektrrnch, je hlubinn. Po roce 1994 je tba realizovna pouze na Hodonnsku. Hlavnm odbratelem lignitu je elektrrna Hodonn. Ron tba in piblin 900.103 t.

Ropa pat bezpochyby mezi nejvestrannji vyuiteln zdroje energie. Je povaovna za strategicky nejdleitj energetickou surovinu a hraje v poslednch nkolika desetiletch vznamnou lohu ve spoleenskoekonomick struktue svta. Jej destilac vznik cel ada produkt od benznu, stednch derivt (petrolej, topn oleje atd.), plynovch olej (vosky, mazac oleje aj.) a po zbytkov oleje asfaltick povahy. Modern dopravn systmy, petrochemick prmysl a nkter energeticky nron vroby nemohou bez tchto produkt existovat. Je zajmav podvat se na tabulku (Tabulka 1.4), v n je uvedeno procentn rozdlen zjitnch svtovch geologickch zsob ropy z roku 1994.

Tabulka 1.4: Geologick zsoby ropy ve svt Svt celkem: 100% okol Perskho zlivu: 66,3% Sev. a Ji. Amerika 15,4% Saudsk Arbie 25,3% Afrika 6,2% Irk 10% zpadn Evropa 1,7% SAE 10% Rusko a vch.Evropa 5,9% Kuvajt 10% Dln vchod 4,5% Irn 9% okol Perskho zlivu 66,3% Ostatn 2%

Zem okolo Perskho zlivu, jak ukazuje Tabulka 1.4, jsou nejvt znmou

zsobrnou ropy na svt a souasn zemm jej nejvt tby. Na svt se v souasn dob t okolo 3 miliard tun ropy ron. Pi takovm rozsahu tby by dnes znm svtov zsoby vydrely asi do roku 2070. Nejvtm odbratelem ropy s 25% spoteby svtov tby jsou USA. Vtinu spotebovvan ropy dov z oblasti Perskho zlivu. V esk republice jsou zsoby ropy zanedbateln. Loiska ropy se u ns nachz na Jin Morav. Domc produkce tvo pouh zlomek celkov spoteby (cca 180.103 t za rok), take dovme tm 100% spoteby ropy ze zahrani. Ron spoteba ropy se v R pohybuje okolo 8,3.106 tun (USA - 872,8.106 t; SRN - 132,4.106 t atd.). Ve spoteb ropy na obyvatele se adme spe do doln poloviny tabulky. Statistika z roku 1999 udv: R - 0,809 t; USA - 3,211 t; SRN - 1,657 t atd. Produkce ropy ve svt v roce 1999 podle zem byla nsledujc (daje jsou v tiscch tun): Evropa - 332464.103 t, Asie 338097. 103 t, SNS (bval SSSR) 370200. 103 t, Blzk Vchod 1052743. 103 t, Afrika 349281. 103 t, Severn Amerika 637106. 103 t.

Zemn p1yn (vetn plynu z ropnch loisek) je velmi atraktivn zdroj primrn energie, a to jak z hlediska snen zvislosti na rop, tak i z ekologickho hlediska. Svtov zsoby se podle WEC odhaduj zhruba na 150.1012 m3. Svtov ron tba zemnho plynu in cca 2,4.1012 m3. Rozloen zsob zemnho plynu ve svt ukazuje Tabulka 1.5. Tabulka 1.5: Rozloen zsob zemnho plynu ve svt

zem: Zsoby [109 m3] zem: Zsoby [109 m3] SNS 58 000 USA a Kanada 6 500

Blzk vchod 45 000 Lat.Amerika 342 943 Afrika 10 000 Austrlie 26 680 Asie a Austrlie 14 000 Svt celkem 3 449 514


esk republika neoplv vznamnmi loisky zemnho plynu. V R se t asi 230.106 m3 zemnho plynu ron. Loiska plynu se nachz na Hodonnsku. Zsoby plynu se u ns odhaduj asi na 21,5.109 m3. Spoteba zemnho plynu, je in piblin 9,5.109 m3, je podobn jako u ropy kryta tm v celm rozsahu dovozem (cca 9,25.109 m3). Prmrn vhevnost se pohybuje okolo 37.500 kJ/m3. Nejvce zemnho plynu dovme ze zem bvalho Sovtskho svazu a z Norska. Pro srovnn spoteba zemnho plynu v nkterch vysplch zemch: USA - 605,4.109 m3; SRN - 48,3.109 m3; Rusko - 365,4.109 m3. Z uvedench mnostv se na vrobu elektrick energie spotebuje: R - 2,1.109 m3; USA - 172,2.109 m3; SRN - 16,1.109 m3; Rusko - 205,0.109 m3. Protoe spoteba zemnho plynu je bhem roku nerovnomrn, jsou (viz Tabulka 1.6 ) pro zajitn rovnomrnho dovozu v prbhu roku vybudovny na zem R podzemn zsobnky.

Tabulka 1.6: Spoteba zemnho plynu v R v r. 1999 podle jednotlivch msc (106 m3) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Celkov spoteba 1308 1278 1001 665 453 366 411 324 367 764 1146 1311

K mn znmm zdrojm energie pat olejov bidlice a dehtov psky. Olejov bidlice je sedimentrn hornina obsahujc uhlovodky. Suchou destilac se z n

zskv olej, a to bu na povrchu zem nebo v podzem. Pi obou zpsobech se zsk tk olej, kter se dle zpracovv v rafinerich na rzn produkty (od mn kvalitnho oleje urenho ke spalovn v kotlch a po benzin). Za kvalitn se povauje takov olejov bidlice, ze kter zskvme vce jak 100 litr oleje na tunu suroviny.

Dehtov psek je psek, kter obsahuje vysoce viskozn surov uhlovodkov materil, kter nelze zskat v jeho pirozenm stavu prostednictvm normln tby ropy vrtnmi vemi. Surov ropa z dehtovch psk se pak zsk tzv. tepelnm dobvnm. Prvn zvody na tbu ropy z dehtovch psk pracuj v Kanad a v SSSR. V mal me se loiska dehtovch psk nachzej i u ns.

Uran je dosti bnou slokou zemsk kry. Zemsk kra obsahuje asi 3.10-4 % uranu (asi 1015 tun), prodn vody asi 10-11 a 10-8 % (asi 109 tun). T se ve form rudy a jeho vhov objem v rud je v tzv. chudch rudch setiny procent uranu a v tzv. bohatch rudch jednotky procent. Uranov ruda se me podle geologickch podmnek tit bu hlubinnm nebo povrchovm nebo chemickm dobvnm. Odhadovan svtov zsoby uranu in asi 4.106 t.

Ron spoteba uranu pro jadern elektrrny na svt inila v roce 1977 tm 30 000 t. Tba uranu je v R od roku 1990 z ekonomickch dvod utlumovna a pedpokld se jej pln zastaven.

Thorium je daleko bnj ne uran. Zemsk kra obsahuje asi 8.10-4 % thoria. daje o zsobch jsou nepesn, protoe prmysl tby thoria prakticky neexistuje. Thorium lze pout jako plodc materil, kter se v jadernm reaktoru pemn na jadern palivo. Fyzikln vlastnosti thoria jako jadernho paliva jsou ponkud pznivj ne u uranu.

1.1.2 Obnoviteln zdroje energie Skutenost, e zsoby fosilnch paliv jsou konen, vede v souasn dob

k intenzivnmu hledn monost vyuit jinch primrnch zdroj energie, zejmna tch, kter jsou nevyerpateln (obnoviteln). Obnoviteln zdroje energie jsou vesms zce spjaty s existenci Slunce, kter je vlastn prapvodnm zdrojem veker energie vyskytujc se na Zemi. Energie obnovitelnch primrnch zdroj nen, ve form v jak se nachz, schopna pepravy do msta spoteby, a proto vyuit energie obnovitelnch zdroj je zpravidla zce


vzno na msto vskytu (nap. energie vodnho toku, energie moe aj.). V mst vskytu tto energie mus dojt k jej pemn na jinou ulechtilej formu vhodnou k peprav (nap. na energii elektrickou). Vyuit obnovitelnch zdroj energie nen nim novm. Nkter z tchto zdroj se vyuvaj v rzn podob ji tisce let (devo, voda, vtr).

Mezi obnoviteln zdroje energie pat: energie vodnch tok, energie vtru, energie mo, slunen energie, energie iv hmoty , geotermln energie.

Vodn energie vodnch tok pat vedle energie lidskch a zvecch sval k nejstarmu lidmi vyuvanmu druhu energie. Sla vodnho proudu byla jednm z prvnch prodnch zdroj energie, kter lidstvo vdom vyuvalo. Pouvn vodnch kol rznch typ se datuje ji od nejstarch civilizac. K prudkmu rozvoji ve vyuvn potenciln a kinetick energie vodnch tok dolo po vynlezu vodn turbny a po vynlezu dynama a alterntoru. V souasn dob in vroba elektrick energie v hydroelektrrnch v prmru asi 21 % celkov svtov produkce elektiny. Energie tekoucch vod na zemkouli se odhaduje za rok na 23.1019 J, z toho vyuiteln energie vodnch tok asi 1,67.1019 J, co pedstavuje piblin 7 % z celkovho odhadu energie vodnch tok. Protoe innost vodnch turbn je vysok (a 93% podle velikosti a typu stroje), dosahuje se pi pemn energie vodnch tok na energii elektrickou pomrn znanho vyuit vodn energie (podle typu pouitho technologickho zazen a velikosti jednotek je to od cca 60 do 92 %).

Vtrn energie pat podobn jako vodn k nejdle vyuvanm formm energie. Pinou vtru jsou rozdly teploty vyvolan slunenm zenm, kter vedou ke vzniku tlakovch rozdl. Vtr pedstavuje mechanismus, kterm se v podob kinetick energie rozptyluje potenciln energie ukryt v tchto rozdlech tlaku. Energie, obsaen v pohybujcm se proudu vzduchu, je mrn tet mocnin rychlosti vtru. Odhadovan ron energie vzdunho proudn ve svt je 13,8.1022 J. Teoreticky vyuiteln podl vtrn energie in asi 60 %. Uvme-li innosti relnch vtrnch zazen (max. 50 %) a innost alterntor, dostvme, e k vrob elektrick energie se vyuije za optimlnch podmnek (stl vpotov sla vtru) asi 40 % vtrn energie. Mal koncentrace vtrn energie vyaduje k dosaen potebnho vkonu velk mnostv vrobnch jednotek, co pedstavuje znan poten investice a dra drbu, take vroba elektrick energie vychz pomrn nkladn.

Obrzek 1.4: zem v R vhodn k vstavb vtrnch elektrren

(erven oznaen oblasti maj prmrnou ron rychlost vtru 4 m/s a vt)

S1unen zen je nevyerpatelnm zdrojem tepeln energie. Energie slunench paprsk na vnjm okraji zemsk atmosfry dosahuje znanch hodnot. Pi prchodu


slunenho zen atmosfrou se v dsledku absorpce, rozptylu a odrazu st energie ztrc, take pi dopadu na zemsk povrch je intenzita pmho slunenho zen ji oslaben (cca 47% pvodn hodnoty).

Celkov tepeln tok slunenho zen dopadajcho na povrch zem za rok je asi 3,6.1021 kJ, co pedstavuje asi 20 000 nsobek souasn ron spoteby energie na celm svt. Vyuit veker tto slunen energie je vak prakticky nemon, omezuje se pouze na jej st. innost vyuit zvis na zempisn poloze a na pevldajcch meteorologickch podmnkch. V naich zempisnch kch dopad na 1 m2 prmrn pes tisc kWh za rok (Obrzek 1.5).

Obrzek 1.5: Prmrn ron dopadajc slunen energie na Zemi v kWh/m2 za rok

Slunen energii lze vyuvat pmo k ohevu vody (slunen kolektory), ohevu staveb

(slunen stny) i k vrob elektrick energie (fotovoltaick elektrrny). Nepmo pak ve slunench elektrrnch, v nich se teplo potebn k vrob elektrick energie zskv pomoc fokusanho (ohniskovho) sbrae, v jeho ohnisku je umstn kotel na vrobu pry. Monosti technickho vyuit slunen energie jsou ve stadiu intenzivnho vzkumu, kter se sousteuje pedevm do oblast s dlouhodobm slunenm svitem.

Moe a oceny pedstavuj nesmrnou zsobrnu energie.Tato energie je ve form vnitn energie vody a mechanick energie. Vyuit vnitn energie vody mo je zaloeno na teplotnch rozdlech rznch vrstev vody a z nich plynoucch rozdlech v hustotch. Mechanickou energii mo lze rozdlit na energii moskch vln a na energii plivu a odlivu. Uvauje se i o vyuit moskho vlnn, moskho pboje a moskch proud.

Energie moskho vlnn se odvozuje od energie vtru, kter m svj pvod ve slunen energii. I kdy se stala pedmtem vnho vzkumu teprve v posledn dob, nen energie vln zcela novm objevem. Energie, skrvajc se v moskm vlnn, je pomrn znan. Uvd se, e jeden dlkov metr vt mosk vlny nese vkon okolo 80 kW. Celkov velikost energie moskho vlnn se odhaduje na 85.1018 J ron. Podl prakticky vyuiteln energie je vak pouhm zlomkem tohoto mnostv. Elektrick energie vyroben z energie moskch vln dosud znmmi postupy by vak byla 10 a 20 krt dra ne elektina z konvennch elektrren. Zatm se energie moskho vlnn pouv v malm rozsahu k napjen bj o vkonu 70 a 120 W.

Energie plivu a odlivu je vsledkem kombinovanho psoben kinetick energie a potenciln energie systmu Zem Msc Slunce. I kdy se o vyhldkch vyuvn energie plivu a odlivu diskutuje ji adu let, je potenciln bze tohoto zdroje mal. K vyuit energie plivu a odlivu je toti nutn, aby byly splnny dv podmnky. Za prv mus bt dostaten velk amplituda plivu a odlivu (alespo nkolik metr). Prmrn rozdl hladin pi plivu a


odlivu je 0,5 m. Jsou vak lokality, kde vlivem tvaru pobe dosahuje tento rozdl hodnot a 19 m. Za druh topografie pobe mus umoovat uzaven dostatenho mnostv vody pi pimenm objemu stavebnch prac. Mst, kter vyhovuj obma podmnkm, je na svtovch pobech pouze nkolik destek. Nejvce vhodnch mst se nachz v Severn Americe, na pobe Francie a na vchodnm pobe Ruska. Za nejstar elektrrnu se povauje anglick Dee Hydro Station (cca 600 kW) z roku 1913, nejznmj je francouzsk plivov elektrrna v st eky Rance o vkonu 240 MW postaven v edestch letech minulho stolet, posledn postaven plivov elektrrna je kanadsko-americk v zlivu Fundy Bay s jednm soustrojm o vkonu necelch 20 MW.

Zkladem geoterm1n energie je pirozen teplo Zem. Ve svrchn sti zemsk kry je prmrn spd teploty 20 a 30 0C na 1 km hloubky. Geotermln teplo ve vnjch 10 km zemsk kry je pli rozptlen (0,05 W/m2), aby mohlo bt energetickm zdrojem vyuitelnm v celosvtovm mtku. Znanch hodnot dosahuje a teplo akumulovan pod touto oblast. Za zdroje, kter jsou vhodn ke komernmu vyuit, lze oznait pouze lokln geologick loiska tepla, soustedn v dosaitelnch hloubkch, v uzavench objemech a pi teplotch postaujcch pro elektrick nebo tepeln energetick zuitkovn. Existuje nkolik typ geotermlnch zdroj, z nich praktickho vyuit doshly pedevm hydrotermln konvekn systmy, co jsou podpovrchov rezervory pry nebo hork vody, kter se na povrchu mohou projevovat jako hork prameny, loiska sirnho bahna a dmajc sopen otvory. V ad mst na zemkouli se vyuv geotermln energie z tohoto typu zdroj k vytpn budov (Island, Japonsko, Maarsko, USA a dal), k vrob elektrick energie (Itlie, Japonsko, Nov Zland a dal) i v prmyslu od suen ryb a po vrobu celulzy a papru (nap. Island, Nov Zland atd.). Novjho data je vyuit geotermln energie pomoc tepelnch erpadel.

Obrzek 1.6: Tepeln vkon geotermlnch zdroj na zem R a SR (Izory vymezuj msta stejn geotermln aktivity [mW/m2])

Energie iv hmoty. ivou hmotou je regenerovateln organick ltka vytvoen

fotosyntzou bu pmo (v ppad rostlin) nebo nepmo (u zvat, kter se iv vhradn rostlinnou stravou). Fotosyntzou rozumme mechanismus, kter pemuje slunen energii na latentn chemickou energii. ivou hmotou jsou stromy, kee, obilniny, vodn rostliny a organick odpady rznho druhu. Nejvtm zdrojem iv hmoty jsou lesy, kter tvo asi 98 % veker ijc suchozemsk iv hmoty. Odhaduje se, e kadm rokem pirst na na planet okolo 170 miliard tun biomasy rznch druh. Vyuvaj se i odpady ze ivoin zemdlsk vroby (chlvsk mrva, kejda). Hlavn znm zpsoby energetick konverze iv


hmoty jsou: termochemick a biochemick. K prvnmu zpsobu nle pedevm spalovn s dokonalm pstupem vzduchu a pyrolza (vroba devnho uhl, ppadn spalitelnch kapalin nebo plyn). Druh zpsob zahrnuje anaerobn vyhnvn (vyhnvnm ivoinch a rostlinnch odpad se zskv biologick plyn s vysokm obsahem metanu) a fermentaci (vroba etylalkoholu kvaenm nkterch rostlin). V posledn dob upoutvaj pozornost komunln odpady, spalovn slmy, odpady pi tb a zpracovn deva a pstovn rychle rostoucch devin (rzn druhy vrby, topolu apod.) za elem jejich spalovn.

1.2 Vroba elektrick energie

Specifick vlastnosti, specifika vroby elektrick energie a vlastnosti elektrick energie jako produktu vroby spolu velmi zce souvis a navzjem se ovlivuj. Pro tyto skutenosti m vroba elektrick energie zcela jedinen postaven v prmyslov vrob. Zkladn specifick vlastnosti elektrick energie jsou:

a) Jednoduchost. Elektrick energie vznik v jedinm technologickm procesu a ve srovnn s jinmi vrobky je produktem velmi jednoduchm.

b) Neskladnost. Elektrickou energii nelze, na rozdl od jinch prmyslovch vrobk, vyrbt na sklad. Tento produkt vroby se prakticky spotebuje v tomt okamiku, ve kterm vznikl. Vroba se mus v kadm okamiku pizpsobit poadavkm spotebitel. Nedodn elektrick energie vede v mnoha odvtvch hospodstv ke znanm ztrtm.

c) Stejnorodost. Elektrick energie je fyzikln jednoznan definovna. Je vdy stejn bez ohledu na to, ze kter formy prvotn energie byla vyrobena a jak bylo pi vrob pouito technologie. Kvalitativnm znakem elektrick energie je pohotovost dodvky energie spotebitelm pi dodren konstantnho napt a kmitotu.

Nedodren kvalitativnch parametr elektrick energie (napt a kmitotu) a poadovanho vkonu v pedepsanch tolerancch m za nsledek naruen normlnho provozu spotebi. Vyvolv nebezpen stavy, kter vedou k pokozen spotebi, k naruen technologickch proces a ke zveni ztrt v stch.

1.2.1 Vvoj spoteby prvotn energie V pedchozch odstavcch byly probrny jednotliv zdroje prvotn energie. Nkter z

nich jsou lidmi vyuvny po stalet, jin na rozshl vyuit stle ekaj. V minulosti se ze znmch zdroj energie nejastji vyuvala energie iv hmoty, pedevm deva, dle energie vodnch tok a energie vtru. Prudk rozvoj spoteby prvotn energie nastal v poslednch sto padesti letech soubn s rozvjejcm se prmyslem.

Se zvyujc se spotebou se mnila skladba primrnch energetickch zdroj. Jestlie zhruba do roku 1880 pevldalo jako zdroj energie devo, pak bhem dalch 10 rok se situace zmnila ve prospch uhl. Stoupajc poptvka po energii pak byla ve stle vt me uspokojovna fosilnmi palivy. Modern prmyslov obdob s sebou pineslo krom technickho pokroku i pechod od uhl k rop, jej cena byla nzk a byl ji relativn dostatek a pozdji k zemnmu plynu. V poslednch 40 letech se spotebovalo vce energie z fosilnch paliv ne za celou historii lidstva. Vtina zem svta si uvdomuje, e zdroje fosilnch paliv jednou vyerpaj, a e pro pokryt stle stoupajc spoteby energie je poteba vce vyuvat i ostatn primrn zdroje energie, zejmna zdroje obnoviteln. Specifick postaven zaujm jadern energetika, kter se v edestch a sedmdestch letech minulho stolet zaala dynamicky rozvjet, ale v poslednch 15 letech je vlivem pro ni nepznivch ekonomickch podmnek siln utlumena.


Obrzek 1.7: Struktura primrnch energetickch zdroj R

Celkov spoteba energie vzrostla z piblinch 3,2 EJ (E = exa = 1018) v roce 1860 asi

na 290 EJ v roce 1980. Za 120 let stoupla spoteba energie piblin na devadestinsobek pvodn hodnoty. Rst celkov spoteby v tomto obdob byl v podstat exponenciln, s peruenm jeho nepetritho tempa pouze v obdob obou svtovch vlek a pi velk krizi na potku tictch let 20. stolet. Dnes in svtov ron spoteba pes 300 EJ.Svtov spoteba energie je kryta primrnmi zdroji piblin takto:

- ropa 44 %, - pevn paliva 33 %, - zemn plyn 20 %, - vodn a jadern energie 3 %.

Struktura primrnch energetickch zdroj R je patrn z obrzku (Obrzek 1.7). Celkov hodnota spoteby primrnch energetickch zdroj byla v roce 1999 v R 52,8.106 tmp, co je 1,548 EJ.

1.2.2 Vvoj spoteby elektrick energie V druh polovin 19. stolet nabvaly pokusy a vynlezy v oblasti elektrick energie

praktickho charakteru. Historickm meznkem pro dal vvoj elektroenergetiky byl vynlez dynama (Siemens - 1866). Vynlez dynama umooval vrobu elektrick energie ve vtm mnostv. Brzy po tomto vynlezu vznikaly v Evrop i v zmo prvn elektrrny, ve kterch vyrbla elektinu dynama. Vkony tchto centrl se pohybovaly od jednotek a po destky kW. Vroba elektrick energie ve vtch mnostvch si vydala i rychl vyeen jejho penosu z mst zdroj do mst spoteby. Vynlez transformtoru a asynchronnho motoru byly impulsem k rozvoji stdavch genertor a stdavho penosu. Prvn genertory (dynama i alterntory) byly pohnny parnmi stroji a vodnmi turbinami. Vynlez parn turbiny znan podpoil rozvoj parnch elektrren. Vechny hlavn problmy souvisejc s vrobou elektrick energie v parnch i vodnch elektrrnch, s transformac a s rozvodem elektrick energie se prakticky podailo vyeit do konce 19. stolet. S rozvojem vroby, rozvodu a spoteby elektrick energie se zvyovaly instalovan vkony elektrren i penosov napt. Vkony jednotlivch stroj vzrostly na pelomu stolet a na tisce kW.


Vvoj elektrizace u ns probhal tm soubn se svtovm trendem. Jeho potky jsou spojeny s realizac prvnho osvtlen tkalcovny v Moravsk Tebov v roce 1878. Tm souasn se zaalo pouvat elektrick energie k osvtlen i v jinch zvodech. Prvn zdroje a rozvody elektrick energie byly stejnosmrn. Dynama byla pohnna parnmi stroji nebo vodnmi turbnami a byla stavn pouze pro potebu tovren jako zvodn elektrrny. Pouvan napt bylo nejastj 120V.

Prvn vrobnou v eskch zemch, kter mla charakter veejn elektrrny, byla Kikova elektrrna v Praze na ikov. Od roku 1890 zsobovala msto stejnosmrnm proudem o napt 120 V, pozdji 2 x 120 V. Na Slovensku byla prvn veejn elektrrna dna do provozu v Bratislav u v roce 1884. Tfzov proud o napt 3 kV zaala poprv dodvat elektrrna v Praze-Holeovicch v roce 1900. Elektrick energie pronikla nejen do prmyslu, ale i do poulin a mezimstsk dopravy pedevm zsluhou Ing. Frantika Kika. Rozvoj elektrrenstv na potku 20. stolet byl bouliv. Prvn statistika byla provedena a v roce 1913 a podle n bylo 10 jen v echch 227 rznch elektrickch vroben. Nejvt parn elektrrnou byla v t dob elektrrna Holeovice o vkonu 23.5 MW (32 000 koskch sil), nejvt vodn elektrrna byla ve Vym Brod s vkonem 8,5 MW (11500 koskch sil).

V roce 1919 bylo v naich zemch ji 685 zvodnch elektrren s instalovanm vkonem 566 MW a 272 samostatnch elektrren s vkonem 164 MW. V tomt roce byl vydn zkon o soustavn elektrizaci, kter vychzel z nvrh Ing. Kika, doplnnch a upravench prof. Novkem a z nvrh prof. Lista na elektrizaci Moravy. Tento zkon se stal zkladem rozvoje elektrizace eskoslovenska a umonil rozvoj veejnch, tzv. veuitench elektrren a rozvodnch podnik, jejich clem bylo zsobovn elektinou a elektrifikace celch oblast republiky.

Obrzek 1.8: Vvoj vroby a spoteby elektrick energie v SSR

Pirozen rozvoj nrodnho hospodstv vedl ke stle se zvtujc spoteb energie,

zejmna vak elektrick. Ron spoteba elektrick energie v roce 1920 inila 1 370 GWh a do roku 1937 se zvila na 3 970 GWh. K vraznmu zven spoteby elektrick energie dolo v prvnch letech po 2. svtov vlce, kdy po znrodnn prmyslu a energetiky v jnu 1945 dochz k zahjen vstavby ady novch prmyslovch podnik a k postupn jednotn elektrifikaci celho zem sttu. Souasn se pipravovala realizace jednotn elektrizan soustavy. V prvnch pti povlench letech se spoteba zvila vce jak dvojnsobn. Na pelomu a potkem edestch let byla vystavna ada tepelnch elektrren a vybudovalo se nkolik samostatnch stednch vodnch elektrren a z vt sti i nejvt vodn dlo - Vltavsk kaskda. Spoteba elektrick energie byla v tomto obdob pokrvna pouze z vlastnch elektrrenskch zdroj. Po propojen na elektrizan soustavy se soustavami


sousednch stt je mal st na spoteby kryta dovozem. Od t doby je teba rozliovat v bilancch vrobu a spotebu elektrick energie (Obrzek 1.8).

Obecn se uznvalo, e pirozen vvoj spoteby elektrick energie, kter nen omezovn negativnmi vlivy, probh po exponencile, kter vak me mt zcela obecn prbh. Takov byl i prbh rstu spoteby v SSR a do roku 1979, kdy dolo vlivem svtov energetick krize k vraznmu snen spoteby elektrick energie (spoteba v r. 1978 - 72 545 GWh, v r. 1979 - 71 456 GWh, v r. 1980- 74 572 GWh). Vvoj vroby elektrick energie v R od roku 1980 do 2000 ukazuje nsledujc tabulka.

Tabulka 1.7: Vvoj hrub vroby elektrick energie ES R v letech 1980 a 2000 Rok: 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 Vroba: 52 658 53 835 54 639 56 652 58 024 58 120 60 606

Rok: 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 Vroba: 62 197 64 335 65 132 62 558 60 528 59 293 58 882

Rok: 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Vroba: 58 705 60 847 640257 64 598 65 112 64 386 73 466

1.2.3 Rst vkon a jednotkovch vkon Rst instalovanch vkon elektrren i rst vkon jednotek v elektrrnch i je

neoddliteln spjat s rstem spoteby elektrick energie. Jestlie vkony prvnch zdroj elektrick energie se koncem 19. stolet pohybovaly dov v jednotkch a destkch kW, vynutila si zven spoteba bhem krtk doby (zhruba 10 a 15 let) zvten vkonu jednotek na stovky a tisce kW. Ji v samch potcch elektrizace se sledovaly otzky ekonomie vstavby i provozu elektrren. Brzy bylo dokzno, e s jednotkami vtmi (v t dob zhruba o vkonu 3 a 5 MW) je mon vyrbt elektinu podstatn levnji (spory pedstavovaly a 40 %).

Ke zvyovn jednotkovho vkonu dochzelo v prv ad v zemch prmyslov vysplch. Zvyovaly se vkony nejen turboalterntor, ale i hydroalterntor. V r. 1927 se ji stavly jednotky o vkonu 28 MW, vodn turbiny a do vkonu 10 MW . V tepelnch elektrrnch rostly jednotkov vkony pomrn rychle. V roce 1920 mla nejvt jednotka vkon 60 MW, v roce 1930 u 208 MW. Tato hodnota jednotkovho vkonu zstala a do r.1950 prakticky beze zmny.

010000

2000030000

4000050000

6000070000

1994 1995 1996 1997 1998 1999

GW

h

ist vrobaist spoteba

Obrzek 1.9: Vroba a spoteba elektrick energie v R


V mezivlenm obdob neexistovala u ns jednotn elektrizan soustava a jednotliv elektrrny pracovaly do pomrn malch uzavench oblast nebo pouze pro poteby vlastnho prmyslovho podniku. Prakticky a do roku 1949 byl instalovan vkon v zvodnch elektrrnch vt ne ve veejnch. Snaha po spolehlivosti dodvky elektrick energie v takov uzaven oblasti vedla zejm k tomu, e nebyl zjem zvyovat pli jednotkov vkony a volilo se vce jednotek mench ne jedna velk. Nejvt jednotkov vkony nepeshly v t dob 25 MW. Nejlpe to vystihuje pehled o sloen jednotek v SR: jednotek o vkonu 5 a 10 MW bylo 64 %, jednotek 10 a 20 MW bylo 21 % a jednotek nad 20 MW pouze 6 %. Jednotkov vkony se zvtovaly pedevm ve veejnch elektrrnch.

Prudk zvyovn spoteby v povlenm obdob si vydalo vstavbu novch zdroj s vymi jednotkovmi vkony. Ve veejnch elektrrnch se zapoalo s vstavbou jednotek o vkonu 32 a 35 MW. Postupujc elektrizace naeho sttu a rozvoj prmyslu si vak vydaly vt ron prstky vkon ne jak bylo mon doshnout uvedenmi jednotkami, a proto byl potkem prvn ptiletky vybudovn prvn stroj o vkonu 50 MW (Tebovice- 1952). Jednotky o vkonu 50 a 55 MW, ktermi bylo obsazeno nkolik elektrren, tvoily zkladn prstek vkonu i v druh ptiletce. Ron prstek vkon v t dob inil 330 a 440 MW.

Zvanou technickou inovac v energetice bylo zahjen vstavby elektrren s bloky 100 MW a pozdji 110 MW. S vstavbou elektrren s tmito bloky se zaalo potkem edestch let. Tyto bloky umonily prstky vkon a 600 MW ron tak, jak si to vyadoval rozvoj energetiky. Dalm inovanm stupnm, kter vzhledem k rychle rostouc spoteb piel ponkud opodn, byl blok o vkonu 200 MW. Prototyp tohoto bloku byl uveden do provozu v elektrrn Ledvice v r. 1967. Po oven provozu nsledovala vstavba ady elektrren s tmito bloky (Tuimice, Chvaletice, Dtmarovice a da1). Poslednm stupnm ve vvoji parnch elektrrenskch blok v SSR je blok o vkonu 500 MW pracujc v elektrrn Mlnk III od r. 1980. Tmto blokem skonila u ns vkonov ada parnch turbn, protoe dal a tak posledn velk parn elektrrna Prunov II, byla vybavena ruskmi bloky 210 MW. Prstky spoteby v osmdestch letech byly kryty vstavbou jadernch elektrren. Rst instalovanho vkonu v elektrizan soustav SR je patrn z obrzku (Obrzek 1.8 -kivka 1).

Obrzek 1.10: Vznamn zdroje elektrick energie v R

Vvoj velikosti jednotek v jadernch elektrrnch vybudovanch a plnovanch v

SSR zaal prvn eskoslovenskou jadernou elektrrnou A1. Reaktor tto elektrrny ml


tepeln vkon 560 MWt a v sekundrnm okruhu pracovaly ti turbosoustroj kad o vkonu 50 MWe, t.j. celkem 150 MWe. Vybudovan jadern elektrrny s bloky typu VVER-440 (JE Dukovany 4x440 MWe) maj blok sestaven z reaktoru o tepelnm vkonu 1 375 MWt a ze dvou turbosoustroj kad o vkonu 220 MWe. Vstavba jadernch elektrren s bloky typu VVER-1000, kter sestvaj z reaktoru o tepelnm vkonu 3 000 MWt a turbosoustroj 1000 MWe (JE Temeln 2x1000 MWe). Dal vstavba jadernch elektrren se zatm neplnuje.

Velikost jednotek ve vodnch elektrrnch zvis na velikosti toku a na typu budovanho dla. Mezi obma svtovmi vlkami byla vybudovna ada vodnch dl, avak vkony instalovanch hydroalterntor nepeshly jednotky MW. Ke znanmu zven instalovanho vkonu vodnch elektrren dolo vstavbou Vltavsk a Vsk kaskdy. Jednotkov vkony soustroj se v jednotlivch elektrrnch tchto kaskd pohybuj od 1,5 MW (Lipno II ) do 91 MW (Orlk). Nejvt jednotky, kter se u ns ve vodnch elektrrnch vyskytuj, jsou instalovny ve velkch peerpvacch vodnch elektrrnch a maj vkon: Daleice 112,5 MW (4x112,5 MW) a Dlouh Strn 325 MW (2x325 MW).

73%

3%

21%3%

PEPPE+PSEJEVE

Obrzek 1.11: Pokryt spoteby elektrick energie R podle zdroj V posledn dob se pikld velk vznam vyuit co nejvt sti hydroenergetickho

potencilu naeho sttu, a to jak v drobnch vodnch elektrrnch s jednotkami dov 100 kW, tak i v tzv. mikrozdrojch, jejich vkon se pohybuje dov v destkch kW.

1.3 Zkladn energetick nzvoslov a pojmy

Specifick zvltnosti vroby e1ektrick energie a zejmna ve1mi zk vazba vroby se spotebou elektrick energie nut energetiky dlouhodob urovat pedpokldan rozvoj spoteby a v nvaznosti na nj navrhovat rozvoj vroby. Bezporuchov provoz elektrizan soustavy pedpokld dokonalou znalost soustavy a jejch jednotlivch prvk, pedevm vroben elektrick energie. Na zklad znalost trendu spoteby se pak plnuje budouc provoz. Provozn podmnky elektrren a teplren jsou promnliv. Pro plnovn, evidenci a vyhodnocen innosti vroben bylo proto teba zavst celou adu rznch ukazatel a pojm pro vkon, energii, as ap.

1.3.1 Nzvoslov pouvan v energetickch vrobnch Za elem sprvnho a jednotnho plnovn a hodnocen provozu energetickch

vroben jsou jednoznan definovny zkladn pojmy pouvan pi jejich provozu. Pro vylouen ppadnch nejasnost jsou definice zkladnch pojm uvedeny v dispeerskm du a instrukcch energetickho dispeinku. Pod pojmem energetick vrobna se pitom rozum: kondenzan elektrrna, kondenzan elektrrna s odbrem tepla, teplrna, paroplynov elektrrna, jadern elektrrna, elektrrna se spalovacmi turbnami, vodn elektrrny (prton, s pirozenou akumulac a peerpvac).


Kondenzan elektrrna je energetick vrobna, je dodv elektrickou energii z kondenzanch turbosoustroj. Teplrna je energetick vrobna, kter dodv tepe1nou a elektrickou energii z protit1akovch turbosoustroj, pp. z protitlakovch odbrovch. Kondenzan elektrrna s odbrem tepla je energetick vrobna, kter dodv e1ektrickou i tepelnou energii a je vybavena kondenzanmi odbrovmi soustrojmi.

Paroplynov elektrrna je vrobna, kter dodv tepe1nou a elektrickou energii ze spalovacch soustroj a parnch soustroj.

Jadern elektrrna je energetick vrobna, je dodv elektrickou energii vyrobenou z primrn jadern energie.

Vodn elektrrna je energetick vrobna, je dodv elektrickou energii vyrobenou z primrn energie vodnch tok.

1.3.2 Pojmy elektrickho vkonu Instalovan vkon vrobny Pi [MW] je souet jmenovitch innch vkon vech genertor dan vrobny vetn genertor pro vlastn spotebu. Do instalovanho vkonu se nezapotvaj pouze vkony genertor, kter jsou trvale vyazeny z provozu nebo jsou trvale bez pohncho motoru.

Dosaiteln vkon vrobny Pd [MW] je nejvy inn vkon, kter vrobna ve sledovanm obdob (zpravidla ka1endn rok) me skuten dodat s ohledem na stav vekerho zazen pi normln provoznch podmnkch vrobny. U vodnch elektrren pi nejvym spdu a pln hltnosti turbn. U teplren je to vkon, kterho vrobna me doshnout s ohledem na dodvku tepla ve sledovanm obdob. Dojde-li bhem sledovanho obdob (zpravidla v kalendnm roce) ke zmn instalovanho vkonu vrobny, mn rovn dosaiteln vkon, protoe plat

tsid PPP = ( 1.1 ) kde Pts je trval snen vkonu energetick vrobny, kter mus bt doloeno potvrzenm vrobce zazen nebo vsledky men na danm zazen. Dosaiteln vkon se nesniuje o odstraniteln pok1esy vkon bhem 12 msc a pechodnmi zmnami normlnch provoznch podmnek. Do dosaitelnho vkonu se nezapotv vkon, kter me energetick vrobna dodat v dsledku povolenho krtkodobho peten zazen vrobny. Pohotov vkon Pp [MW] je nejvt inn vkon, kter vrobna me dodat v urit dob s ohledem na vechny souasn technick a provozn podmnky. V podstat je to dosaiteln vkon zmenen o doasn snen vkonu Pds, vpadek nedosahovnm vkonu Pnv, vpadek dlouhodobmi prostoji Pdp, pohotov vkon pro dodvku tepla Pdt a zven o forsrovan vkon Pf, take lze pst

fdtdpnvdsdp PPPPPPP += ( 1.2 ) Pohotov vkon na dodvku tepla Pdt [MW] je elektrick vkon, kter potebujeme rezervovat pro zajitn dodvek tepla. Jde zpravidla o dodvky tepla pro technologick ely a otop odbratelm mimo energetickou vrobnu. Velikost pohotovho vkonu potebnho pro dodvku tepla se stanovuje v zvislosti na plnovanch dodvkch tepla. Pro pohotov vkon na dodvku tepla plat: ( ) oldpnvdspddt PPPPPPP ++++= ( 1.3 )


Forsrovan vkon Pf [MW] je vkon, kter vrobna doshne nad stanoven dosaiteln vkon, ppadn vkon, kter vrobna doshne nad stanoven dosaiteln vkon, ppadn vkon, kter doshne snenm vpadku nedosahovnm vkonu Pnv.

Krom uvedench pojm vkonu se v elektrrensk praxi setkvme s nsledujcmi pojmy:

Technick minimum vkonu, co je nejmen vkon, se kterm me blok, turbosoustroj nebo kotel trvale pracovat ani by hrozilo nebezpe pokozen provozovanho zazen. Zaten elektrrny P [MW] je skuten vkon elektrrny v danm okamiku nebo vkon na tuto dobu plnovan. Maximln zaten Pmax je nejvt zaten, kter se ve sledovanm obdob vyskytlo nebo se plnuje. Minimln zaten Pmin je nejmen zaten, kter se ve sledovanm obdob vyskytlo nebo se plnuje. Stedn vkon Ps je vkon, kterm by elektrrna vyrobila stejn mnostv elektrick energie jako v ppad promnlivho vkonu za sledovan obdob To. Ekonomick vkon Pek je vkon zazen, pi kterm m zazen nejni mrnou spotebu, tj. nejlep innost. Bv zpravidla (0,7...0,9)Pn.

1.3.3 Zloha zazen a odstaven do zlohy Vzhledem k promnliv spoteb v rmci elektrizan soustavy a vzhledem k monosti

poruchovch vpadk elektrrenskch blok je teba mt v soustav jistou zlohu vkonu. Pojmy stup zlohy si dle vysvtlme. Zloha elektrrny je rozdl mezi pohotovm vkonem elektrrny a skutenm zatenm. Tento pojem zahrnuje jak rychlou, tj. toc se, okamitou, tak i pomalou (tzv. studenou) zlohu. Toiv zloha elektrrny je souet rozdl mezi pohotovm vkonem a zatenm jednotlivch blok elektrrny nepln zatench. Okamit zloha elektrrny je dna soutem pohotovch vkon vech odstavench soustroj, kter mohou pevzt zaten v prbhu 5 minut. Rychl zloha elektrrny se ur jako souet pohotovch vkon odstavench agregt, kter mohou pevzt zaten v prbhu 5 a 30 minut.

Pomal zloha (studen) elektrrny je souet pohotovch vkon odstavench agregt, kter mohou pevzt zaten za dobu del ne 30 minut.

O odstaven zazen do zlohy rozhoduje dispeink (ED R) na zklad okamit energetick situace a ve vkonov rezervy soustavy. Poad, v jakm jsou jednotliv bloky odstavovny do zlohy, se d ekonomi soustavy s pihldnutm k technickm, penosovm a ostatnm podmnkm. Mrn spoteba elektrick energie na vlastn spotebu je mnostv elektrick energie spotebovan na vlastn spotebu za sledovan obdob na jednotku elov vroby. Doba chodu (bezporuchovho provozu) elektrrny Tch [h] (poet provoznch hodin) je doba, po kterou je elektrrna ve sledovanm obdob v provozu, vetn chodu naprzdno. Doba najdn a odstavovn se nezapotv. Doba vyuit je (obecn) pomr prce energetickho zazen za sledovan obdob a nkterho jeho vkonu. Podle dosazenho vkonu potom rozeznvme dobu vyuit instalovanho vkonu


i

vi P

AT = ( 1.4 ) nebo dobu vyuit maximlnho vkonu

maxmax P

AT v= ( 1.5 ) a podobn. Souinitel vyuit instalovanho vkonu kvi je pomr prce energetickho zazen za sledovan obdob a vroby, kterou by elektrrna doclila pi provozu s instalovanm vkonem po cel obdob To

o

i

oi

vvi T

TTP

Ak ==.

( 1.6 )

Zatovatel neboli koeficient nerovnomrnosti je pomr

o

sz T

TPPk maxmax

== ( 1.7 ) stednho vkonu k maximlnmu nebo doby vyuit maxima Tmax k celkov dob sledovanho obdob To. Koeficient minima km udv pomr minimlnho a maximlnho vkonu dosaenho ve sledovanm obdob

max

min

PPkm = ( 1.8 )

Doba prostoje Tpr je doba, po kterou je elektrrna mimo provoz (plnovan opravy, poruchy, spoutn, odstavovn ap.) a nen schopna dvat vkon, a skld se z doby odstaven pro poruchy Tpor (vynucen odstaven) a z doby plnovanho odstaven Tpl (bn a generln opravy, revize ap.).

plporpr TTT += ( 1.9 ) Souinitel spolehlivosti zazen je

o

porsp T

Tk = 1 ( 1.10 )

a souinitel pohotovosti bude

o

plpor

o

prpoh T

TTTT

k+== 11 ( 1.11 )

Potme-li souinitele pohotovosti cel elektrrny, pak jsou-li v elektrrn bloky stejnch dosaitelnch vkon, je mon za Tpr dosadit souet potu hodin prostoj vech zazen, za To poet hodin v obdob nsoben potem blok. Pokud jsou dosaiteln vkony rzn, je teba potat s venmi hodnotami podle vztah

=

== ni

do

n

idpor

sp

i

ii

PT

PTk

1

1.

1

=

== ni

do

n

idpr

poh

i

ii

PT

PTk

1

1.

1 ( 1.12 )

kde Tpor i je doba poruchovho prostoje i-tho b1oku, Tpr i je celkov doba prostoje i-tho bloku, Pd i je dosaiteln vkon i-tho bloku, To je doba s1edovanho obdob.


Souinitel poruchovosti (poruchovost) kpor je dn pomrem energie nevyroben nsledkem poruchy k mnostv energie vyrobiteln v danm obdob

=

== ni

ppr

n

iporpor

por

ii

ii

PT

PTk

1

1.

( 1.13 )

kde Ppor i je vkon i-tho zazen odpadl pro poruchu (je to rozdl mezi plnovanm pohotovm vkonem a skutenm zatenm), Tpor i je doba trvn poruchy, Pp i je pohotov vkon plnovan, Tpr i je plnovan doba trvn pohotovho vkonu.

Vzorec pro poruchovost vystihuje skutenost, e nkter poruchy nezavin vpadek celho pohotovho vkonu, ale jen jeho sti.

U jadernch elektrren se udv jet souinitel pohotovosti kp',kter se vyjaduje jako podl doby, po kterou byla elektrrna nebo blok v provozu a celkov doby sledovanho obdob, take

100.o

pp T

Tk = ( 1.14 )

co je jinak vyjden vztah (1.10), kde Tp je doba provozu zazen, vetn doby, kdy nebylo pipojeno na s, ale bylo schopno

okamitho provozu (Tp = To - Tpr ).

Koeficient vyuit kv je definovn

100.maxAAk vv = ( 1.15 )

kde Av je skuten vyroben elektrick energie za sledovan obdob, Amax je maximln mnostv elektrick energie vyrobiteln ve sledovanm obdob (Amax = Pp . To ).

2 Tepeln elektrrny

2.1 Kondenzan elektrrny

Kondenzan elektrrny maj dominantn postaven mezi zdroji elektrick energie. Na svtov vrob elektrick energie se podl vce jak 80%. V R se podl cca 75% (Obrzek 1.1).

2.1.1 Tepeln obh Kondenzan elektrrny pracuj pi pemn chemicky utajen tepeln energie paliva na

mechanickou energii parn turbny podle tepelnho Rankin-Clausiova cyklu. Tento obh je pm tepeln obh, kter je mon realizovat s mediem, je pi pouitch teplotch a tlacch prochz plynnm a kapalnm skupenstvm. Nejpouvanj pracovn ltkou je voda. Rankin-Clausiv obh je zjednoduenm idelnm technologickm schmatem kondenzan elektrrny a lze jej realizovat podle Obrzek 2.1.


Obrzek 2.1: Zjednoduen tepeln schma

Rankin-Clausiv obh v T-s a v i-s diagramu znzoruje Obrzek 2.2. Napjec voda je dodvna napjecm erpadlem N do ohvku vody OV, ve kterm je j pi stlm tlaku dodvno kapalinov teplo. Kapalinov teplo je znzornno v diagramu T-s plochou 1-2'-3-9-1 (Obrzek 2.2 a) a v diagramu i-s sekou qk = i3 - i2 (Obrzek 2.2 b). Z ohvku vody jde voda do varnho systmu kotle K, kde za stlho tlaku p2 pejm vparn teplo znzornn v T-s diagramu plochou 9-3-4-8-9 a v i-s diagramu sekou r = i4 - i3. Syt pra se potom pehv v pehvku ze stavu 4 na stav 5. Pitom piveden teplo je qp = i5 - i4 a je mrn ploe 8-4-5-7-8. Peht pra o stavu 5 je vedena do turbny T, kde expanduje adiabaticky na stav 6 a tm vykon prci aad = q = i5 - i6 . Po expanzi pichz pra do kondenztoru KO, v nm je j odebrno teplo q2 = i6 - i2 pi stlm tlaku p1. V T-s diagramu je znzornno plochou 1-2-6-7-1. Prce napjeky je vyjdena sekou an = i2 - i2'. Vzhledem k prci turbny bv mal, take se zpravidla zanedbv a potom i2 ~ i2'.

a) b)

Obrzek 2.2: Rankin-Clausiv obh v T-s a i-s diagramu


Pemnu tepeln energie na mechanickou prci v Rankin-Clausiov obhu, ve kterm neuvaujeme ztrty, hodnotme vnitn termickou innost cyklu (Obrzek 2.2 a)

25

65

11 1754321265432

iiii

plochaplocha

qa

qq ad

tv =

=== ( 2.1 ) kde q - teplo pemnn na mechanickou prci, q1 - teplo piveden do kotle, i5 = ia - entalpie

vstupn pry, i6 = ikad - entalpie vstupn pry pi adiabatick expanzi, i2 = ik - entalpie kondenztu. Skuten obh m oproti popsanmu Rankin-Clausiovu obhu adu odchylek.

Nejpodstatnj je skutenost, e expanze v turbn neprobh adiabaticky (isoentropicky), tj. beze ztrt. V dsledku ten a dalch ztrt se st kinetick energie mn v teplo a proto v prbhu expanze vzrst entropie. Prce a zskan skutenou expanz je tedy men, ne jak by se zskala pi isoentropick expanzi (Obrzek 2.3). Tato skutenost se vyjaduje termodynamickou innost turbny

kada

ka

adtd ii

iiaa

== ( 2.2 )

kde ia - entalpie vstupn pry, ik - entalpie vstupn pry, ikad - entalpie vstupn pry pi adiabatick expanzi

Termodynamick innost vyjaduje tepelnou kvalitu turbny a bv 0,74 a 0,88.

Obrzek 2.3: Expanze v kondenzan turbn

innost skutenho tepelnho obhu je vyjdena termickou innost

'1

..ka

ka

ad

adtdtvt ii

iiaa

qa

=== ( 2.3 )

Pi pohledu na vraz pro termickou innost t zjiujeme, e zvtenm itatele, tj. zvtovnm parametr vstupn pry a sniovnm parametr vstupn pry se bude termick innost zvyovat. Rankin-Clausiv obh je zkladnm teoretickm obhem, jeho pomoc se zskv ve vech parnch elektrrnch z tepeln energie mechanick a dal transformac energie elektrick.

2.1.2 innosti a mrn spoteby Pi skutenm obhu v parn elektrrn vznikaj v jednotlivch zazench tepeln a

mechanick ztrty, kter sniuj celkovou innost obhu. Znalost velikosti tchto ztrt vede v


konenm dsledku k jejich sniovn, tj. ke zvyovn innosti zazen a ke snen mrn spoteby. Pro zjednoduen vpot nebudeme uvaovat ztrty pry nebo vody z obhu, ztrty tenm vody a pry v potrub a ztrty vznikl vlastn spotebou elektrrny. innosti jednotlivch zazen tak budou dny pomrem tepelnho toku nebo vkonu k pivdnmu tepelnmu toku nebo pkonu kadho jednotlivho zazen.

Tepeln ztrty v kotli se udvaj vrazem (1 - k), kde k je innost kotle, kterou lze vyjdit vztahem

un

nvak

un

kk MQ

iiMMQ

Q.

)(.

'== ( 2.4 ) kde Mu - spoteba paliva za hodinu [kg/h]

M - mnostv vyrbn pry za hodinu [kg/h] iak - entalpie peht pry na vstupu z kotle [kJ/kg]

inv - entalpie napjec vody vstupujc do kotle [kJ/kg] Qk - teplo vystupujc z kotle [kJ/h] Qn - vhevnost paliva [kJ/kg]

Ztrty tepla v parnm a vodnm potrub, kter spojuje kotel s turbnou a kondenztor s kotlem se ur z vrazu (1 - p), piem innost potrub

'

'

nva

ka

kp ii

iiQQ

== ( 2.5 )

kde Q - teplo vstupujc do turbny [kJ/h], ia - entalpie pry na vstupu do turbny [kJ/kg] , ik - entalpie kondenztu (u zjednoduenho schmatu bez regenerace je ik= inv) Ztrty v turbn jsou tepeln a mechanick. Tepeln ztrty vyjaduje termodynamick innost

ad

v

kada

katd Pk

PkiiMiiM

..

).().( =

= ( 2.6 )

kde Pv - vnitn vkon turbny [kW] Pad - teoretick vkon turbny [kW] k - pevodn koeficient jednotek elektrick energie na jednotky tepla (1 kWh = 3.600 kJ) Mechanick innost zahrnuje ztrty tenm v loiskch apod.

).(.

)..(.

. kasp

tdkada

sp

tdad

sp

v

spm iiM

PkiiM

PkP

PPP

==== ( 2.7 ) kde Psp - vkon na spojce turbny [kW].

Velikost ztrt v genertoru je dna jeho innost

sp

eg P

P= ( 2.8 )

kde Pe - vkon na svorkch genertoru [kW].

Celkovou tepelnou innost kondenzan elektrrny urme z pomru vyroben a energie dodan do obhu


un

eel MQ

Pk..= ( 2.9 )

Dosadme-li do tohoto vztahu za jednotliv veliiny, dostaneme hodnotu vsledn innosti zazen azench za sebou (kotel, potrub, turbna a alterntor), take po prav plat

gmtdtvpkel .....= ( 2.10 ) V tomto vztahu maj jednotliv innosti, zvlt tv, td a k, zsadn rzn vznam.

innost tv charakterizuje tepelnou hospodrnost Rankin-Clausiova termodynamickho obhu pemny tepla v mechanickou prci, td charakterizuje, z jak sti se vyuv ve skuten turbn ideln tepeln spd a innost k vyjaduje vyuit tepla dodanho v palivu pi vrob pry v kotli.

Provoz elektrren se krom innost posuzuje i podle dalch ukazatel, nap. mrn spoteby paliva, pry a tepla na vrobu elektrick energie ap. Mrn spoteba pry v turbn

ep P

Mm = [kg/kWh] ( 2.11 ) mnostv pra pro turbnu urme ze zkladn rovnice tepeln bilance turbosoustroj, kter vyjaduje bilanci pemny tepeln energie na elektrickou

egka PiiM 3600.).( m = ( 2.12 ) take po dosazen bude

gkap ii

m .).(3600

m= ( 2.13 )

Pro spotebu tepla v turbn plat vztah )( 'ka iiMQ = [kJ/h; kg/h, kJ/kg] ( 2.14 )

a pro mrnou spotebu tepla

).().( '

'

kape

ka

e

iimP

iiMPQq === [kJ/kWh] ( 2.15 )

Mrn spoteba tepla pro celou elektrrnu je

pkpkee

unu

qP

QPMQq .... === [kJ/kWh] ( 2.16 )

Mrn spoteba paliva

n

u

pkenen

u

e

uu Q

qPQ

QPQ

QP

Mm ==== .... [kJ/kWh] ( 2.17 ) Protoe vhevnost paliva nen konstantn, ale mn se podle loiska a mn se asto i

v prbhu tby, nedv hodnota mu monost porovnvat hospodrnost elektrren spalujcch rzn paliva. Z tohoto dvodu se zavedla mrn spoteba mrnho (specifickho, normlnho) paliva, kter m vhevnost piblin 29 307 kJ/kg (7000 kcal/kg; 1cal = 4,1867 J). Pro mrnou spotebu mrnho paliva plat

29307u

unqm = ( 2.18 )

piem plat


nun

u

Qmm 29307= ( 2.19 )

2.1.3 Nvrh tepelnho schma K nvrhu tepelnho schma elektrrny se pistupuje v rmci een koncepce budoucho

dla. Vychz se pitom z prvotnch daj a podmnek pro toto dlo stanovench. Tepeln schma dv celkovou pedstavu o technologickm zazen elektrrny a jeho propojen. Obsahuje nejen kotle, turbosoustroj, napjeky, regeneran ohvky a dal agregty a zazen potebn k uskutenn tepelnho obhu, ale i potrub (vodn i parn), kter spojuj jednotliv sti zazen do jednoho celku. Na sprvn volb vech lnk tepelnho schma zvis spolehlivost a hospodrnost provozu elektrrny.

a) b)

Obrzek 2.4: Tepeln schma a) s dvojitm spolenm parovodem; b) s blokovm uspodnm

V potcch rozvoje parnch elektrren se tepeln schmata vytvela jednodue azenm kotl a turbn vedle sebe a pipojenm na spolen parovod a vodovod tak, aby provoz byl vestrann zajitn (Obrzek 2.4a). Takov schmata byla sloit a mlo pehledn i he regulovateln. Jednm z dvod pro pouit tchto schmat byl mal vkon kotl, kterch se proto pro jednu turbnu stavlo nkolik. Zvtujc se vkony kotl (zaaly se stavt kotle o vkonech odpovdajcm vkonu turbny) pomohl i k podstatnmu zjednoduen tepelnch schmat. Dnes zapojujeme energetick vrobn jednotky do jednoduchch etzc zazen zapojench za sebou. Dochz tak k modernmu blokovmu uspodn kotl a turbn. Provozn spolehlivost se zde dosahuje vysokou spolehlivost jednotlivch zazen. Porucha jednoho zazen v bloku sice zpsob vyazen celho bloku, ovem omez se pouze na tento blok. Jednotliv bloky jsou u elektrren s blokovm uspodnm propojeny pouze na stran pry tzv. najdc sbrnou (Obrzek 2.4b).

Rozeznvme tepeln schmata zsadn, kter obsahuj zkladn zazen urujc smr tepelnch tok pracovn ltky (vody a pry) a schmata pln, kter obsahuj vechna zazen a jejich propojen (vetn armatur atd.).

Pi sestavovn tepelnho schmatu se stanov:

1. Typ elektrrny a jej poadovan vkon. Elektrrna me bt bu kondenzan, v ppad poadavku pouze elektrickho vkonu nebo teplrna, v ppad poadovan dodvky tepla.


2. Poten a konen stavy pry, piem se vychz ze zsady, e vy poten parametry vedou k vy hospodrnosti. Tuto zsadu je teba eit souasn s investinmi a provoznmi nklady, kter zpravidla rostou s parametry pry tak, aby tyto nklady nepekroily zisk dosaen zvenou hospodrnost provozu. V vahu je teba brt i spolehlivost provozu. Stanov se rovn parametry napjec vody a prbh expanze v turbn (bez pihvn nebo s pihvnm).

3. Typ a jednotkov vkony turbosoustroj. M-li bt v elektrrn vce vrobnch blok, vol se zsadn turbosoustroj stejnho vkonu a typu.

4. Zsadn tepeln schma elektrrny. Zsadn tepeln schma je z vt sti dno volbou typu turbny. Vrobce turbn toti zpravidla navrhuje ke kad turbn i schma regeneranho ohevu, parametry pihvn atd. Zsadn schma mus obsahovat: a) zapojen regeneranho ohevu napjec vody, b) schma vyuit odluhu, c) schma pravy napjen a pdavn vody, d) zazen pro odplynn napjec vody, e) schma ohvk hork vody, pp. mni pry, pokud jde o dodvku tepla z navrhovan

vrobny.

5. Vpoet zsadnho tepelnho schma se provd u kondenzanch elektrren obyejn pro maximln zaten. U teplren se pot tepeln schma pro maximln zimn zaten. Velikost a poet kotl a jejich typ a vpotu zsadnho schma. Stanov se rovn zpsob propojen kotl a turbn, bu blokov nebo s propojenm. U kondenzanch elektrren se dnes zsadn vol blokov uspodn. U teplren se navrhuje vtinou propojen kotl na stran vody i pry. Parametry kotl maj bt voleny tak, aby se zetelem na ztrty mezi kotelnou a strojovnou odpovdaly zvolenm vstupnm parametrm turbn. Kotle se vol prtlan (maj lep dynamick vlastnosti), bubnov nebo s fluidnm spalovnm. Druh paliva bv zpravidla dn prvotnmi daji ji pi vypracovn investinho zmru.

6. pln tepeln schma elektrrny sestavme na zklad navrenho zsadnho schma a vypoten velikost a urench parametr kotl. pln schma mus obsahovat i typ a velikost napjeek, kondenztnch erpadel, schma chladcho okruhu vetn erpadel, typ vvv, pi odbru tepla i schma dodvky tepla, redukn stanice atd.

2.1.4 Volba parametr a zvyovn tepeln innosti obhu Volba parametr (vstupnch i vstupnch) elektrrenskho bloku pat k nejdleitjm

rozhodnutm pi nvrhu bloku. Vhodnou volbou vstupnch a vstupnch parametr pry a vody (teplota a tlak) se toti ovlivn nejen celkov tepeln innost zazen, ale tak ve investinch a pozdji i provoznch nklad a spolehlivost provozu. Obecn lze ci, e tepeln hospodrnost se zvtuje se zvyujcmi se potenmi parametry pry. Zven je vak zpravidla omezeno technickmi a ekonomickmi monostmi.

Pi teplotch vych ne 500C se zmenuje mechanick pevnost ocel bn pouvanho sloen, zvtuje se nebezpe vnitn koroze trubek pehvk pry a jejich vnj koroze horkmi spalinami. Rostouc teplota a tlak pry zvtuj nroky na jakost ocel a maj podstatn vliv na konstrukci kotle. Vyaduj pouit legovanch ocel, kter maj velkou mechanickou pevnost i pi vysokch teplotch, odolnost proti korozi a jsou ruvzdorn.

Zvt-li se tlak pry, je teba, zvlt u turbn bez pihvn pry, zvit i teplotu peht. Zv-li se pouze tlak, zv se vlhkost v poslednch stupnch turbny. Pi zven teploty se naopak vlhkost na konci expanze zmenuje. Souasnm zvenm tlaku


Obrzek 2.5: Tepeln schma bloku 200 MW Legenda: 1 vysokotlak st turbny, 2 - stedotlak st, 3 - nzkotlak st, 4 pihvk, 5 alterntor, 6 kondenztor, 7 kondenztn erpadlo, 8 vodoproud vvva, 9 - kondenztn erpadlo (2.stupe), 10 nzkotlak ohvky, 11 smovac ohvk, 12 odplyovk, 13 napjec ndr, 14 napjec erpadlo, 15 - podvac erpadlo, 16 turbna pro pohon napjeky, 17 kondenztor, 18 chladi ucpvkov pry, 19 paroproud vvva, 20 - vysokotlak ohvky, 21 kotel, 22 parn ohvk vzduchu


a teploty doshneme na vstupu z turbny vhodn vlhkosti. Pro dosaen co nejvt innosti je teba volit optimln teplotu odpovdajc tlaku pry. (Obrzek 2.6)

a) b)

Obrzek 2.6: Prbh zvyovn parametr pry v T-s diagramu: a) teplota, b) tlak Optimln tlak je teba stanovit s ohledem na nejlep tepelnou innost turbny i podle

vyuit zazen (je charakterizovno dobou vyuit). Zvtovn potench stav pry je eln pro turbny s pimen rostoucm vkonem stroje. Lze dokzat, e pro stroj danho vkonu se termodynamick innost td s rostoucm tlakem pa zmenuje. Je to dno tm, e pi zven admisnho tlaku se zvtuje prtokov rychlost pry, tm se zvtuj ztrty tenm, ztrty venm na okraji lopatek, na obvodu kol a v mezee mezi koly. Uvme-li, e vnitn tepeln innost tv ( 2.1 ) roste s admisnm tlakem a termodynamick innost td ( 2.2 ) kles, pak vsledn tepeln innost t (jako souin tv.td) ( 2.3 ) me vykazovat technick maximum nebo se od uritho tlaku pi jeho dalm zvtovn ji nezlepuje.

Pi vyeten optimlnho tlaku podle vyuit turbny se vychz ze znmho faktu, e s tlakem se zrove zvyuje i cena zazen. Je tedy zejm, e na volbu nejhospodrnjho tlaku bude mt vliv i vyuit zazen charakterizovan dobou vyuit ( 1.4 ). Ke zjitn optimlnho admisnho tlaku tmto zpsobem potebujeme znt rovnici celkovch vrobnch nklad (mrn poizovac a mrn vrobn nklady), jej derivaci podle tlaku zjistme tlak pi nejmench nkladech.

Poten stavy pry dosahuj u ns hodnot: tlak a do 18 MPa, teplota peht do 560C a 570 C. ada doporuench stav pry je dna normou, kter povoluje i pouit nadkritickch tlak pry (pkr = 22,12 MPa). Ve svt (USA, Rusko, SRN a dal) pracuje nkolik blok s nadkritickmi tlaky od 24 MPa do 35 MPa a teplotami od 530C do 590C. Vkony tchto blok se pohybuj od 300 MW do 1100 MW.

Volba konench stav pry (tlak v kondenztoru) je ovlivnna teplotou chladc vody. Teplota chladc vody je zvisl na pouitm zdroji vody, na ronm obdob a na zpsobu chlazen (cirkulan nebo prton). V naich podmnkch lze uvaovat s teplotou chladc vody zhruba od 4 do 35 C. Pro vpoty se obvykle uvauje teplota chladc vody na vstupu do kondenztoru pi prtonm chlazen 10C a 20C pi cirkulanm chlazen. Vakuum lze rovn snit zvtenm plochy kondenztoru (zvyuj se investin nklady) nebo zvtenm protkajcho mnostv chladc vody (zvyuj se provozn nklady - vt vlastn spoteba energie pro pohon chladcch erpadel). Pi zvyovn vakua v kondenztoru roste velmi rychle mrn objem pry na vstupu z turbny. Zvten objem vyaduje zvten dlky


lopatek v poslednch stupnch a u velkch turbn je nutn vceproud uspodn turbny. To ve vede ke zvyovn poizovacch nklad. Nakonec je teba uvit, e s rostoucm vakuem roste i vlhkost pry, co m vliv na ivotnost poslednch stup turbny. Pro sniovn vakua v kondenztoru existuje urit technickoekonomick hranice. Velikost vakua tedy nen mon volit pouze z hlediska termick innosti. V naich elektrrnch se tlak v kondenztoru pohybuje v rozmez od 3 kPa do 8 kPa.

2.1.5 Vpoet tepelnho schmatu kolem vpotu tepelnho schma je zjistit spotebu pry, ppadn tepla pro

turbosoustroj a stanovit zkladn ukazatele tepeln hospodrnosti bloku (mrn spoteba tepla, ppadn pry, mrn spoteba paliva atd.). Vpoet tepelnho schma se provd pro urit hodnoty zaten (nap. pro jmenovit vkon, pro ekonomick vkon atd.) nejlpe pomoc potaovch program.

Pi vpotu se vychz z rovnic tepelnch bilanc jednotlivch lnk tepelnho schma. Vpoet se provd tak, e se postupn sestavuj a e rovnice tepeln bilance jednotlivch st tepelnho schma. Nap.: regeneranho ohevu napjec vody (nzkotlak a vysokotlak ohvky, odplyovk), zazen pro dodvku tepla (mnie pry, vmnkov stanice apod.), pihvn, redukn stanice, kondenztoru ad.

Z dlch tepelnch vpot zskme potebn mnostv odbrov pry a nsledn i potebn mnostv pry pro turbosoustroj pi poadovanm vkonu alterntoru (rovnice vkonu). Tepeln vpoty se provdj pro rzn vkony nap. jmenovit, ekonomick, minimln atd.

2.1.5.1 Regeneran ohev

Regeneran ohev je tvoen kaskdou nzkotlakch a kaskdou vysokotlakch povrchovch ohvk mezi n je zaazen smovac ohvk (odplyovk) s napjec ndr slouc k odplynn napjec vody. Poet stup regeneranho ohevu se pohybuje od 6 do 9 (viz Obrzek 2.5). Ohev vody je teba rozdlit na jednotliv stupn tak, aby se doshlo nejlep hospodrnosti. Lze dokzat, e nejlep innosti tepelnho obhu se doshne, oheje-li se napjec voda v kadm stupni piblin o stejn prstek teploty, tj. zv-li se jej tepeln obsah v kadm stupni o stejnou hodnotu.

Zapojen ohvk se od sebe li rznm zpsobem odveden kondenztu odbrov pry z ohvku. Zkladn zpsoby zapojen, s pepoutnm nebo s peerpvnm kondenztu, jsou naznaeny na obrzku (Obrzek 2.7).

Obrzek 2.7: Zkladn zpsoby zapojen regeneranch ohvk:

a) s pepoutnm kondenztu, b) s peerpvnm kondenztu

Mezi povrchov regeneran ohvky se zaazuje jeden smovac ohvk pracujc jako odplyovk (Obrzek 2.5). Tlak v odplyovku zvis na teplot pichzejc napjec vody.Ve schmatu je odplyovk zapojen mezi vysokotlak a nzkotlak ohvky tak, jak to schematicky znzoruje Obrzek 2.8. Aby se vechny obsaen plyny uvolnily, je teba


odplyovat napjec vodu pi teplotch nad 100C. S nejni teplotou (104 C) pracuj tzv. atmosfrick odplyovky. Pi teplotch vych mus odplyovk pracovat pi vym tlaku ne je tlak dan pslunm bodem varu.

Tepeln vpoet zjednoduenho regeneranho ohevu podle Obrzek 2.8 zaneme nejdve stanovenm oht napjec vody v jednotlivch ohvcch pi zanedbn oht vody stlaenm v napjece. Pro zjednoduen vpoet je teba znt: vkon alterntoru, poten a konen stavy pry (pp. termodynamickou innost turbny), teplotu napjec vody, innosti zazen. Potme mnostv pry potebn k dodn vkonu P. Nejlep innosti se doshne, kdy se v kadm stupni oheje voda o stejn rozdl i, take

3

''''' knv

r

knv iin

iii == ( 2.20 ) kde nr je poet stup regenerace (v tomto ppad 3 ohvky).

Sestavme rovnice tepeln bilance pro jednotliv ohvky. Pro vysokotlak ohvk (VTO) plat

).()..( ''''111 iiiMiiM nvnvo += ( 2.21 )

Obrzek 2.8: Zjednoduen tepeln schma pro vpoet tepeln bilance

z toho mnostv pry z 1.odbru

MMiiiM

o.=

= 1'11

'

1 .).( ( 2.22 )

Tepeln bilance odplyovku )()).((.. ''''21

'1122 iiMiiMMMiMiM nvk =+++ ( 2.23 )


z toho po prav

MMiii

iiiiiiMk

kknv ..).()2( 2''2

''11

''

2 == ( 2.24 )

Pro nzkotlak ohvk lze pst rovnici tepeln bilance

okk iiMiiiMMM )..()).(( '333'''21 =+ ( 2.25 ) z toho

MMii

iMo

..).(

).1(3'

33

'21

3 =

= ( 2.26 ) Rovnice tepeln bilance kondenzanho turbosoustroj bez odbr (vkonov rovnice) je pro dan vkon Pe

gm

eka

PiiM ..3600).( = ( 2.27 )

Kad parn turbna uren pro pohon elektrickho genertoru vak m, pro napjen regeneranho ohevu, neregulovan odbry. Odbrov turbny maj, krom neregulovanch, i regulovan odbry uren pro dodvku tepla spotebitelm. Protoe odbry odvd st pry mimo turbnu musme pro zachovn poadovanho elektrickho vkonu pivst na vstup do turbny vt mnostv pry ne vychz z pedchoz rovnice.

Pro odvozen rovnice tepeln bilance turbosoustroj s odbry rozdlme spd v turbn na seky podle odbr a uvaujeme, e celkov mnostv pry M, o mrn entalpii ia, piveden do turbny vykon v jej prvn sti (od vstupu po prvn odbr) prci odpovdajc souinu M.(ia - i1). V sti mezi prvnm a druhm odbrem odevzd prci (1 - 1).M.( i1 - i2), podobn v dalm dlu (1 - 1- 2).M.( i2 - i3), a v posledn sti pak (1 - 1- 2 - 3).M.( i3 - ik). Rovnice tepeln bilance turbosoustroj tak pejde ve tvar

)()1(

)()1()()1()(.

.3600

3321

32212111

k

agm

e

iiM

iiMiiMiiMP

++++=

( 2.28 )

po prav

kkkkagm

e iiMiiMiiMiiMP = 332211 (.)(.)(.)(..3600 ) ( 2.29 )

Rovnici podlme tepelnm spdem (ia - ik), take

)()(..

)()(..

)()(..

.).(.3600 3

32

21

1ka

k

ka

k

ka

k

gmka

e

iiiiM

iiiiM

iiiiMM

iiP

= ( 2.30 )

Zlomek vyjadujc podl spd nazvme nevyuit podl spd a oznaujeme ho symbolem s indexem (slo odbru), take

ka

k

ka

k

ka

k

iiii

iiii

iiii

=

== 332211 ( 2.31 )

a rovnici tepeln bilance turbosoustroj s odbry lze pst ve tvaru

).1.(.).(.3600

)...1.(.).(.3600

332211 iigmka

e

gmka

e

iiP

iiPM == ( 2.32 )


2.1.5.2 Pihvn pry Pihvn pry pat k hlavnm zpsobm zvyovn innosti tepelnho obhu v

parnch elektrrnch. Pihvnm rozumme dodn energie pe, kter ji st svho tepla pemnila ve vysokotlak sti turbny na mechanickou prci, ohtm tto pry. Pru pihvme na teplotu blzkou teplot peht nebo na teplotu peht pry. Pihvn se provd bud pmo v kotli (Obrzek 2.9 a) nebo ostrou prou (Obrzek 2.9 b) a nebo odbrovou prou odbrem z vysokotlakho stupn. Krom zven tepeln innosti se doshne pihvnm i vy suchosti pry v koncovch stupnch turbny. Pihvn se pouv zejmna u blok velkch vkon s vysokmi tlaky.

Obrzek 2.9: Zjednoduen tepeln schma pihvn pry: a) v kotli, b) ostrou prou

Velmi dleit je sprvn volba tlaku, pi kterm se provd pihvn. Pli vysok

tlak a naopak pli nzk tlak nevedou vdy ke zven vsledn innosti. Prakticky bv pihvac tlak v mezch 2 a 4,5 MPa.

Obrzek 2.10: Pihvn pry v i-s diagramu

Obrzek 2.10 znzoruje, jak se zmn prbh expanze v turbn s pihvnm. V

tepelnch vpotech se pihvn projev pedevm v rovnici vkonu (2.33). V tto rovnici pro turbnu bez pihvn je expanze v turbn dna rozdlem (ia - ik). V ppad pihvn se


tento len zmn na [(ia - ip1 ) + (ip2 - ik)] (Obrzek 2.10), take rovnice tepeln bilance turbosoustroj s pihvnm pejde ve tvar

).1.(.)].()[(.3600

21 iigmkppa

e

iiiiPM += ( 2.33 )

V naich tepelnch elektrrnch se provd pihvn spalinami v kotli (Obrzek 2.9 a)

a je vdy kombinovno s regeneranm ohevem vody (Obrzek 2.5). Pi stanoven tepeln innost obhu s pihvnm vychzme ze znmch vztah

uvedench v odstavci 2.1.2. Teplo piveden do kotle mus bt vt o teplo, kter potebujeme na piht, take

)()( 12'

1 ppka iiiiq += ( 2.34 ) Teplo vyuit v turbn

)()( 21 kppa iiiia += ( 2.35 ) a tepeln innost obhu s pihvnm potom bude

)()()()(

12'

21

1 ppka

kppa

p

ptp iiii

iiiiqa

++== ( 2.36 )

Ve skutenosti pi pihvn dochz k urit tlakov ztrt, kter o nco zmenuje prstek innosti pi pihvn. 2.1.5.3 Redukn stanice

Soust kadho tepelnho schma jsou redukn stanice, kter slou zpravidla jako nhradn zdroje pry uritho tla

Date post:	10-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	vesepeja
View:	46 times
Download:	1 times

Vyroba Elektricke Energie

Documents