Transkript

1 ZBYNÌK IBLER A KOL TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA Praha 2002

2 Publikace Technický prùvodce energetika obsahuje souhrn dùležitých informací z oblasti elektrárenství a teplárenství, potøebných pro pracovníky energetiky a energetického strojírenství pøi øešení úkolù v pøedprojektové pøípravì, stavbì, provozu a modernizaci energetických zaøízení Informace jsou využitelné pro úspìšné naplòování ustanovení nových zákonù ÈR o hospodaøení energií a energetického zákona Prùvodce je vhodný i pro studenty støedních a vysokých škol Informace a postupy øešení jsou zpracovány z pozice základních disciplín fyziky, chemie, elektroenergetického inženýrství a souèasného stavu znalostí v této oblasti u nás a v zahranièí Ve všeobecné èásti jsou popsány dùležité disciplíny potøebné a èasto užívané v energetice tj statistika, teorie chyb, spolehlivost, termodynamika, elektrotechnika, regulace technologických procesù a metody posuzování ekonomické efektivnosti Další èást se zabývá kvalitativními znaky pracovních medií elektrárenských a teplárenských obìhù, konstrukèními a provozními materiály, informacemi o vybraných technologických zaøízeních (kotle, turbíny, tepelné výmìníky, elektrická zaøízení, dopravní zaøízení, èerpadla, ventilátory, chemická úprava vody a zaøízení pro omezení emisí škodlivin do životního prostøedí) a jejich pracovních charakteristikách, metodami a modely pro optimální øízení provozu Závìreèná èást pojednává o provozu elektrárenských a teplárenských blokù v elektrizaèní soustavì (vèetnì mezinárodní spolupráce) a teplofikaèních soustavách Zbynìk Ibler a kol TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù Pøedkládané informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Všechny registrované nebo jiné obchodní známky použité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva Veškerá práva vyhrazena Zbynìk Ibler a kol, Praha 2002 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Autorský kolektiv: Kolektiv recenzentù: Prof Ing Zbynìk Ibler DrSc, Prof Ing Jan Karták DrSc, Doc Ing Jiøina Mertlová CSc, Ing Zbynìk Ibler: Prof Ing Karel Sokanský, CSc, Ing Jiøí Mika, CSc, Ing Ladislav Kysela, Doc Ing Vladislav Vilimec, Ing Jiøí Tomèala, Prof Ing Jaromír Polák, CSc Zbynìk Ibler a kol TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA BEN technická literatura, Praha vydání ISBN

3 OBSAH OBSAH 5 HISTORIE ELEKTROENERGETIKY 13 1 VŠEOBECNÁ ÈÁST Soustavy jednotek Základní jednotky SI Doplòkové jednotky SI Druhotné jednotky Násobky a díly jednotek Pøehled vybraných SI a døíve užívaných jednotek technické nebo fyzikální soustavy, vztahy pro pøepoèet Jednotky v anglosaských státech Pøevod teplot v rùzných teplotních stupnicích Pøevod vybraných velièin pro pøepoèty anglo-amerických a SI jednotek Jednotky energie Elektøina a magnetizmus Jednotky radioaktivity, expozice záøení a dávek Velièiny a jednotky užívané v analytické chemii Velièiny a jednotky používané pøi hodnocení emisí Dùležité fyzikální konstanty Matematická statistika Základní pojmy Výpoèty, tabulky a grafy Odhad pravdìpodobnosti pomocí relativní èetnosti Testování statistických hypotéz Vyrovnávací poèet Teorie chyb Vyrovnávací mìøení Spolehlivost Neparametrický a parametrický odhad spolehlivostních charakteristik Spojitá rozdìlení Normální rozdìlení Nespojitá rozdìlení Spolehlivost systémù Citlivostní analýza 62 A ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA 5

4 1 4 7 Markovovy procesy Pohotovost a využití zaøízení Termodynamika Základní pojmy a vztahy Stavové zmìny plynù Tepelné obìhy Exergie Elektrotechnika Stejnosmìrné obvody Støídavé obvody Jednofázové obvody Trojfázové obvody Vztahy pro výpoèet konkrétních prvkù elektrické sítì Pøepoèet parametrù Výpoèty zkratových pomìrù Ekonomická efektivnost Aktualizace finanèních èástek Reprodukce investièních prostøedkù, odepisování Èlenìní zisku a nákladù Splácení úvìrù Kritéria technicko-ekonomické efektivnosti Faktory ovlivòující pøesnost ekonomických výpoètù Regulace technologických procesù Dynamické vlastnosti soustav Øídicí obvody Optimální seøízení regulátoru Stabilita lineárních soustav Stavová teorie øízení KONSTRUKÈNÍ MATERIÁLY Kritéria jakosti konstrukèních materiálù Pružnost Plastická deformace Pevnost Teèení Relaxace napìtí Únavové vlastnosti Vlastnosti ocelí Keramické žáruvzdorné materiály ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

5 3 TERMODYNAMIKA Vodní pára Diagramy vodní páry Tabulky syté vody a syté páry Tabulky pøehøáté vodní páry Elektrárenské bloky v ÈR PLYNY Vzduch Spaliny z ohniš kotlù Tepelné velièiny spalin I t diagram spalin Viskozita plynù Rosný bod PALIVA Tuhá paliva Èerné uhlí Hnìdé uhlí Biomasa Kapalná paliva Plynná paliva SPALOVÁNÍ Stechiometrické spalovací rovnice Spalování tuhých a kapalných paliv Spalování plynných paliv Pøibližný výpoèet spotøeby spalovacího vzduchu a objemu vzniklých spalin pøi dokonalém spalování Orientaèní hodnoty objemù vzduchu a spalin pro paliva spalovaná v ÈR Pøepoèty objemù spalovacího vzduchu a spalin Pøepoèet na skuteènou teplotu a tlak spalin Pøepoèty na stav spalin, definovaných zákonem o ochranì ovzduší 309/91 Sb a vyhláškou 117 Ministerstva životního prostøedí z roku Emise pøi spalování fosilních paliv Výpoèty produkce emisí Výpoèet souèinitele emisí k ex (emisní faktor) 221 A ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA 7

6 6 6 Kategorizace vybraných zdrojù zneèiš ování, specifické emisní limity, pøípustná tmavost kouøe a technické podmínky provozu vybraných zdrojù zneèiš ování Kontrola jakosti spalovacích režimù Orientaèní údaje závislostí O 2, CO 2, l ve spalinách KOTLE Základní charakteristické velièiny kotlù Základní parametry Technické ukazatele kotlù Tepelný výpoèet kotle Výchozí hodnoty tepelného výpoètu kotle Pomocné výpoèty tepelné ztráty kotle, spotøeba paliva Pøíprava paliva pøed spalováním Výpoèet ohništì a výparníku Výpoèet dodatkových výhøevných ploch kotle Hydraulický výpoèet kotle Tlakové ztráty Kontrola pøirozeného obìhu vodotrubného kotle Aerodynamický výpoèet kotle TEPELNÉ TURBÍNY Typy turbín Princip funkce Energetická bilance parní turbíny Chladicí systémy kondenzaèních turbín Typy chladicích systémù Optimalizace chladicího systému Plynové turbíny Obìhy plynových turbín Termodynamický rozbor plynového obìhu Kogeneraèní jednotky s plynovými spalovacímí jednotkami Trigenerace Mikroturbíny TEPELNÉ VÝMÌNÍKY Druhy tepelných výmìníkù Sdílení tepla Sdílení tepla vedením ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

7 9 2 2 Sdílení tepla konvekcí Sdílení tepla sáláním Tepelný výpoèet výmìníkù KOROZE A EROZE Koroze Typy koroze Mechanizmy korozních procesù Eroze ELEKTRICKÁ ÈÁST ELEKTRÁREN Alternátory Parametry synchronních alternátorù Charakteristiky a fázorové diagramy alternátoru Budicí soustavy alternátorù Fázování alternátoru Transformátory Základní parametry transformátorù Urèení výkonu transformátorù Vliv parametrù transformátorù na napì ové pomìry pøi rozbìhu velkých motorù Paralelní chod transformátorù Elektrické stanice Elektrická schémata elektráren Elektrická vedení v elektrické èásti elektrárny DOPRAVNÍ ZAØÍZENÍ Jeøáby Lana Dopravníky Charakteristické velièiny dopravníkù Pásové dopravníky Èlánkové dopravníky Žlabové dopravníky Dopravníky bez tažného prvku Pøekládací zaøízení Potrubní doprava tuhých materiálù Pneumatická doprava Hydraulická doprava 387 A ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA 9

8 13 ÈERPADLA Energetická bilance èerpacího zaøízení Potrubí Èerpadla Hydrodynamická èerpadla Charakteristika hydrodynamického èerpadla Provoz hydrodynamických èerpadel Regulace hydrodynamických èerpadel Øazení hydrodynamických èerpadel v systému Èerpadla pro elektrárny a teplárny spalující fosilní paliva DOPRAVA VZDUCHU A SPALIN Pøirozený tah Ventilátory Rozdìlení ventilátorù Základní vztahy Charakteristiky ventilátorù Vzduchové ventilátory Spalinové ventilátory Regulace ventilátorù CHEMICKÁ ÚPRAVA VODY Periodický systém prvkù Vybrané ekvivalenty Vlastnosti vody pro posouzení vhodnosti jejich užití pro tepelné elektrárny Požadavky na kvalitu vod a páry tepelných elektráren, spalujících fosilní paliva Vodní kotle a uzavøené soustavy Tepelná energetická zaøízení s pracovním tlakem do 8 Mpa Tepelná energetická zaøízení s pracovním tlakem vyšším než 8 MPa (ÈSN ) Jakost vod pro chladicí okruhy (ÈSN ) Kyslíkový vodní režim Chemická kontrola provozu tepelných elektráren ODSIØOVACÍ ZAØÍZENÍ Metody odsiøování Suché vápencové metody ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

9 Mokrá vápencová vypírka Polosuchá metoda odsíøení Koncepce odsiøovacího zaøízení spalin metodou mokré vápencové vypírky Požadavky na sorbent Klasifikace vápencù Klasifikace vápen Sorbent pro odsiøování spalin kotlù v ÈR Výpoèet spotøeby sorbentu Energetická bilance odsiøování spalin kotlù Produkty odsiøování SNIŽOVÁNÍ EMISÍ NOX Mechanizmy vzniku NOx Výpoèet produkce NOx Primární opatøení ke snížení produkce NOx Primární opatøení uskuteènitelná øízením spalovacího procesu Primární opatøení uskuteènitelná rekonstrukcí nebo novou konstrukcí spalovacího zaøízení Sekundární opatøení pro snížení produkce NOx Selektivní nekatalytická redukce Selektivní katalytická redukce Simultánní metody ODLUÈOVÁNÍ TUHÝCH ZBYTKÙ Tøídìní odluèovaèù Vlastnosti odluèovacích zaøízení Celková odluèivost Tlaková ztráta odluèovaèù Nìkteré provozní vlastnosti nejpoužívanìjších odluèovaèù v energetických výrobnách Hodnocení odluèovaèù Využití a ukládání tuhých zbytkù po spalování PROVOZ TEPELNÝCH ELEKTRÁREN Základní pojmy výkonu, práce a úèinnosti energetických zaøízení Výkon Práce 488 A ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA 11

10 Èasové ukazatele Úèinnost Charakteristické diagramy Diagramy elektrického zatížení Diagramy tepelného zatížení Spotøební a nákladové charakteristiky energetických výrobních zaøízení Charakteristiky kotlù Charakteristiky turboalternátorù Úèinnost bloku kondenzaèní elektrárny Spotøební charakteristiky elektrárenských a teplárenských blokù Nákladové charakteristiky Technicko-hospodáøské ukazatele elektráren a tepláren Úplná kontrola tepelné ekonomie Orientaèní kontrola hospodárnosti provozu bloku Optimalizace provozu elektrárenských a teplárenských blokù v elektrizaèní soustavì (ES) Hospodárné rozdìlení výkonù paralelnì pracujících blokù v elektrizaèní soustavì Hospodárné øazení blokù (jednotek) Provoz blokù v regulaci Optimalizace provozu výrobních jednotek v teplofikaèní soustavì Optimalizace provozu teplárenské soustavy Øízení provozu teplárenských soustav Trh s elektøinou POKRAÈOVÁNÍ TECHNICKÉHO PRÙVODCE ENERGETIKA LITERATURA 563 PØÍLOHA PØÍLOHA SEZNAM TABULEK 579 REJSTØÍK 589 PØEHLED PREZENTACÍ VÝZNAMNÝCH FIREM ÈESKÉ ENERGETIKY ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

11 HISTORIE ELEKTROENERGETIKY Hlavními prvotními zdroji pro výrobu elektrické energie a tepelné energie v Èeské republice byly, jsou a budou uhlí a jaderné palivo Pro využití vodní energie nemá Èeská republika, která leží v oblasti pramenù a horního povodí velkých øek, zvláš pøíznivé podmínky Vodní elektrárny, vybudované na øekách s velmi kolísavými prùtoky vody a malými spády, vykazují nízké roèní využití Rovnìž pøehradní elektrárny s akumulaèními vodními nádržemi a pøeèerpávací vodní elektrárny zajiš ují výrobu elektrické energie jen v krátkých špièkových obdobích Èást dosud technicky využitelného hydroenergetického potenciálu je rozdrobena ve velkém poètu malých vodních elektráren, jejichž výstavba v urèité míøe dále pokraèuje, nemùže však výraznì ovlivnit energetickou situaci státu Èeská republika nemá vìtší zásoby ropy a zemního plynu, nutno poèítat v omezené míøe s importem ropy, zemního plynu a perspektivnì i jaderného paliva Z ostatních primárních energetických zdrojù pøichází v úvahu zejména využití sluneèní energie, spalování biomasy, vìtrné elektrárny, využití geotermální energie a palivových èlánkù I pøi jejich nejvìtším rozšíøení lze však v nejbližší budoucnosti poèítat s pokrytím nejvýše nìkolika procent celkové spotøeby prvotních zdrojù v Èeské republice Energetické zdroje v budoucnosti budou v prvé øadì ovlivnìny dostupnými primárními zdroji, pøístupností k nim a dodržením potøebné diverzifikace zdrojù Pro první polovinu 21 století zùstává v Èeské republice uhlí majoritním zdrojem energie Vývoj elektroenergetiky byl vždy svázán s politicko-hospodáøskou situací v èeských zemích a s možnostmi získání primárních zdrojù a jejich potøebnou diverzifikací Pøi vzniku Èeskoslovenské republiky v øíjnu 1918 zùstalo v republice po Rakousko-Uhersku asi 60 % jeho prùmyslového potenciálu, vèetnì kvalifikovaných pracovníkù Pro rozvoj výroby a rozvodu elektrické energie byl rozhodující zákon è 438/1919, který podporoval soustavnou elektrizaci státu Byly vytvoøeny tzv všeužiteèné elektrárenské spoleènosti za úèasti soukromého a veøejného kapitálu Tyto spoleènosti mìly pøidìleny urèité oblasti, které zásobovaly elektrickou energií, vìtšinou z vlastních zdrojù, dostávaly pøitom státní subvence, úlevy na daních a mìly právo vyvlastòovat pozemky pro úèely elektrizace obcí Zákon na svou dobu mìl progresivní cíle, spoèívající ve snaze soustøedit výrobny do velkých jednotek energetických zdrojù a zajistit optimální vývoj rozvodných sítí Zejména u všeužiteèných elektráren byl zajiš ován vývoj ke koncentraci výroby, k orientaci na místní paliva a ke zvyšování úèinnosti výroby elektrické energie V tìchto elektrárnách se zavádìly vysoké tlaky, teploty páry, prášková topeništì a v nìkterých elektrárnách kombinovaná výroba elektøiny a tepla Zavádìní A HISTORIE ELEKTROENERGETIKY 13

12 vysokých tlakù a teplot páry bylo možné hlavnì proto, že naše metalurgie meziváleèného období byla zejména v oblasti žárupevných ocelí na vysoké úrovni a taktéž teoretické práce v oblasti parních obìhù a termodynamických vlastností vodní páry byly v Èeskoslovensku na svìtové úrovni Pøesto však hlavní tìžištì výroby elektrické energie v pøedváleèné dobì a ještì v prvních letech po znárodnìní bylo v závodních elektrárnách, které patøily prùmyslovým závodùm nebo dolùm V první etapì meziváleèného období se tvoøily lokální elektrizaèní soustavy, v nichž sítì 22 kv a 35 kv plnily funkci pøenosového i rozvodného systému Dvojitá linka 100 kv byla uvedena do provozu v roce 1927 V letech se výroba elektøiny v Èeskoslovensku zeètyønásobila Na podzim roku 1938 zaèala tragická, témìø sedmiletá etapa èeskoslovenských dìjin, nacistická nadvláda Nìmecka Na konferenci v Mnichovì dne 29 záøí 1938 byl dán hitlerovskému Nìmecku souhlas s uplatnìním jeho územních požadavkù vùèi Èeskoslovensku Vážným problémem pomnichovské republiky byli uprchlíci, kteøí byli vyhnáni z pohranièí bez prostøedkù do vnitrozemí (cca 0,5 milionu osob, kde byl i významný poèet pracovníkù elektráren a elektrického rozvodu) Mnichovským diktátem byl vážnì porušen vývoj èeskoslovenské elektroenergetiky Energetika byla tìžce ochromena a stala se závislou na dodávkách elektøiny i primárních zdrojù z okupovaného území Okupováno bylo území o rozloze cca km 2 a žilo na nìm témìø 5 milionù obyvatel Okupanti zabrali na tomto území 90 elektráren (což bylo 45 % celého tehdejšího energetického potenciálu státu) Rozbití Èeskoslovenska bylo dovršeno 14 bøezna 1939 vyhlášením samostatného slovenského státu a o den pozdìji nacistickou okupací èeských zemí, z nichž byl zøízen Protektorát Èechy a Morava Okupací byla v èeských zemích nastolena nacistická diktatura, používající brutálních metod k útlaku èeského lidu Nacisté zavedli váleèné øízené hospodáøství, uzavøeli vysoké školy s cílem pøerušení generaèní obmìny inteligence Po šestileté okupaci byla energetika silnì narušena Mimo zastavení vývoje elektrizace a teplárenství vznikly velké materiální škody (napø Nìmci realizovaná výmìna mìdìných vodièù v sítích nízkého napìtí za železné vodièe a další) zpùsobené válkou na energetickém zaøízení, vznikly znaèné škody fyzickým opotøebením a øada energetických zaøízení nebyla vùbec schopna provozu Situaci zhoršovala i skuteènost, že válkou byly silnì poškozeny i velké prùmyslové podniky, vyrábìjící a dodávající elektroenergetická zaøízení Za této situace se po válce provádìlo znárodnìní podle znárodòovacího dekretu z øíjna 1945 Celkem bylo v energetice znárodnìno cca 1350 rùzných závodù o celkovém výkonu 1480 MW Skluz ve výstavbì nových elektráren se v dobì znárodnìní odhadoval na deset let Po znárodnìní byla znaèná èást velkých prùmyslových a dùlních elektráren pøevedena do sektoru energetiky a bylo zapoèato s výstavbou velkých parních a vodních elektráren pro zásobování elektrickou energií pro postupnì vytváøenou 14 ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

13 jednotnou elektrizaèní soustavu Èeskoslovenska Zaèalo se i s výstavbou tepláren pro kombinovanou výrobu tepelné a elektrické energie Nadšený nástup obyvatel státu na obnovu válkou znièeného energetického zaøízení a novou výstavbu energetiky byl narušen pøevzetím moci komunistickou stranou v Èeskoslovensku v únoru 1948, která prosadila svou koncepci rozvoje republiky a zaujala vedoucí postavení v hospodáøských orgánech na všech stupních a tím pøevzala odpovìdnost za tvorbu a realizaci dlouhodobých cílù a bìžných úkolù hospodáøské politiky Øízení znárodnìní klíèového prùmyslu a organizací prùmyslu zajiš ovalo v první etapì tøináct generálních øeditelù v jednotlivých odvìtvích, kteøí byli po únorovém pøevratu vìtšinou oznaèeni za špiony a velezrádce a v neuvìøitelných inscenovaných procesech odsouzeni komunistickým režimem k dlouholetým vìzením V energetice nebyla pøijata koncepce rozvoje odvìtví zpracovaná pøedními odborníky; plánovací úøad (øízený skupinou komunistických národohospodáøù) prosadil jinou koncepci, která vedla k vážnému narušení v zásobování elektøinou v letech , kdy byl vypínán proud domácnostem, nemocnicím a øada továren nemohla být provozována Odstranìní tìchto disproporcí v národním hospodáøství trvalo dost dlouho a vyžádalo si znaèné finanèní náklady V oblasti parních uhelných elektráren se v èeské energetice po druhé svìtové válce pøešlo se znaèným zpoždìním, zavinìným nìmeckou okupací, od výstavby výrobních jednotek 32 MW k elektrárenským blokùm 50 až 55 MW (1 blok 1952), blokùm 100 až 110 MW (1 blok 1960), blokùm 200 MW (1 blok 1967) až k realizaci jednoho bloku 500 MW (monoblok 1981) Tomuto vývoji se pøizpùsobila i volba vyšších parametrù páry a schéma zapojení, vše s cílem dosažení nízké mìrné spotøeby paliva na dodávku elektøiny U prvních elektráren s turbinami o výkonu 50 MW bylo øazení kotlù a turbín sbìrnicové V dalším vývoji došlo ke zvýšení výkonu na 55 MW, užití jednoho kotle na turbínu Dalším vývojovým krokem byly bloky 100 MW, pozdìji 110 MW v blokovém zapojení Tyto bloky byly øešeny s kotli bubnovými i prùtoènými Výraznou charakteristikou tìchto blokù, kromì zvýšení parametrù admisní páry, je použití nového prvku v tepelném obìhu, pøihøívání páry spalinami v kotli na 540 C Byly použity dvoustupòové pøepouštìcí stanice Pro spouštìní blokù s prùtoènými kotli byl zvolen zpùsob se suchým pøehøívákem s vnìjší cirkulací vody do napájecí nádrže a odvádìním pøebytkù uvolnìné páry do kondenzátoru Dalším novým prvkem v tepelném schématu bylo užití otáèkové regulace napájeèek pomocí hydraulické spojky Úprava pøídavné vody byla v koneèném øešení realizována demineralizací Dalším výkonovým stupnìm byly elektrárenské bloky 200 MW s vyšším provozním tlakem a teplotou páry, zásadním užitím prùtoèných kotlù, najíždìní se suchým pøehøívákem, 8 regenerace, 100% úprava kondenzátu, turbonapájeèka na plný výkon a dvì záložní elektronapájeèky na polovièní výkon s regulací otáèek Bloky již byly postupnì vybavovány progresivní øídicí technikou, informaèní a øídicí systémy realizované poèítaèi A HISTORIE ELEKTROENERGETIKY 15

14 Jako poslední vývojový typ klasických tepelných elektráren byl realizován blok 500 MW s prùtoèným kotlem s povzbuzenou cirkulací obìhovými èerpadly Použité parametry páry a koncepèní øešení prakticky v dobì realizace odpovídaly úrovni vyspìlých státù Základním nedostatkem v øešení a provozu tìchto blokù však zùstala skuteènost, že nebyl vèas zachycen trend zavádìný ve vyspìlých státech v 70 a 80 letech, kdy byly legislativnì zavedeny limity nejvyšších pøípustných emisí škodlivin a pro dodržení tìchto pøísných emisních limitù byla v zahranièí realizována pøíslušná ekologická zaøízení, zejména úèinné zachycování tuhých èástic, odsíøení spalin a potlaèení produkce NO x Po zmìnì politické situace u nás v roce 1989 (listopadové události), byl v roce 1991 vydán zákon o ochranì ovzduší (zákon è 309/91 Sb ), kde byly stanoveny emisní limity pro tuhé zneèiš ující látky, oxid siøièitý, oxidy dusíku a oxid uhelnatý Jako nejzažší termín pro jejich dosažení byl urèen termín , který byl úspìšnì splnìn Ve velké energetice Èeské republiky pro splnìní zákonných energetických limitù byl úspìšnì realizován rozsáhlý ekologický program, který vyøešil dodržení emisních limitù tuhých èástic, NO x, CO a v požadovaných termínech zajistil odsíøení spalin u uhelných blokù (odsíøeny spaliny pro instalovaný výkon vìtší jak 6000 MW na 32 blocích) Pro vìtšinu blokù byla pro odsiøovací zaøízení použita technologie mokré vápencové vypírky Výhodou této metody je vysoká úèinnost odsíøení spalin, ale i snížení dalších škodlivin, zejména popílku, HF, HCl, NO x a stopových slouèenin tìžkých kovù i dalších toxických slouèenin Produktem tohoto odsiøovacího zaøízení je komerènì použitelný energosádrovec Kde nebyla rentabilní obnova pùvodního kotelního zaøízení, bylo vystavìno nìkolik fluidních kotlù s cirkulující víøivou vrstvou U vìtšiny elektrárenských blokù byly zajištìny nižší koncentrace škodlivin v èistých spalinách než ukládá zákon è 309/91 Sb V prùbìhu realizace ekologických zaøízení uhelných blokù (modernizace odluèovaèù, DENOX, odsiøovací zaøízení) byly realizovány rozsáhlé generální opravy blokù, které mají zajistit jejich spolehlivý provoz do roku 2015 až 2020, kdy skonèí fyzická životnost dnes nejmodernìjších odsiøovacích zaøízení Z výše uvedeného vyplývá, že uhelné elektrárny s technickou úrovní 70 let i po souèasné modernizaci skonèí svùj provoz v prvé tøetinì 21 století a musí být nahrazeny moderními zdroji V Èeské republice je v provozu jaderná elektrárna se ètyømi tlakovodními reaktory typu VVER 440 druhé generace (model V213) Každému reaktoru pøísluší dva turboalternátory o elektrickém výkonu po 220 MW (uvedení do provozu 1985 až 1988) Ve výstavbì je jaderná elektrárna se dvìma bloky s reaktory VVER 1000 po 981 MW s kontejmentem (ke každému reaktoru pøísluší jeden turboalternátor) Systém kontroly a øízení a další èásti zaøízení této elektrárny jsou upraveny na anglosaské pøedpisy V omezené míøe se pro výrobu elektøiny spaluje plyn, zejména v novì vybudovaných paroplynových blocích (z tlakové plynárny a èásteènì importovaný zemní plyn) 16 ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

15 Vybudována byla i øada vodních elektráren, v èeských zemích pøedevším vltavské elektrárny, pøeèerpávací vodní elektrárny a øada malých vodních elektráren Vedení o napìtí 100/110 kv byla v roce 1950 využívána ještì jako pøenosová Pozdìji se toto napìtí (až na výjimky) stalo také napìtím rozvodných sítí Od roku 1952 pøebíraly úlohu pøenosových sítí vedení 220 kv a od roku 1961 vedení 400 kv Po druhé svìtové válce, vytvoøením jednotné celostátní elektrizaèní soustavy se ès energetika zapojila do celosvìtového vývoje, k propojování soustav do vìtších celkù (získání øady provozních a ekonomických výhod) a vytvoøení mezistátnì propojených elektrizaèních soustav První mezinárodní spolupráce elektrizaèních soustav èlenských zemí RVHP (hospodáøské seskupení bývalých socialistických zemí) se uskuteènila v roce 1953 po vedeních 100 kv Elektrizaèní soustava ès republiky byla provozována v synchronnì propojeném energetickém systému PES CDO-MIR (Propojené elektrizaèní soustavy evropských zemí RVHP, øízené Centrální dispeèerskou organizací), který vznikl v roce 1962 a tvoøily jej paralelnì spolupracující elektrizaèní soustavy Bulharska, Èeskoslovenska, Maïarska, NDR, Polska, Rumunska a jihozápadní èásti SSSR Lvovenergo Paralelní synchronní spolupráce soustav støední a východní Evropy se soustavami západní Evropy nebyla døíve technicky možná z dùvodù zhoršené kvality regulace kmitoètu; tranzitní pøenosy pøes sí Èeskoslovenska nebo spolupráce sousedních elektrizaèních soustav byly realizovány prostøednictvím stejnosmìrných spojek velmi vysokého napìtí s Rakouskem a SRN Se zmìnou politických pomìrù v Evropì, rozpadu RVHP vznikly nové podmínky pro rozšiøování spolupráce v energetice jednotlivých státù Synchronní spolupráce s východoevropskými státy se vzhledem k politické a hospodáøské nestabilitì, nevyhovujícím stavùm elektráren v nìkterých státech a jejich zásobování palivem a znaèné závislosti na dominantním partneru, regulujícím kmitoèet, byla stále problematiètìjší Proto byla v elektrizaèní soustavì Èeské republiky zahájena realizace opatøení, orientovaná na propojení naší soustavy do synchronního provozu se systémem propojených elektrizaèních soustav západoevropských státù UCPTE (Union for the coordination of production and transmission of electricity, založená v roce 1951, èleny jsou Belgie, SRN, Španìlsko, Francie, Øecko, Itálie, Jugoslávie, Luxemburg, Holandsko, Rakousko, Portugalsko a Švýcarsko) Pro vývoj a realizaci opatøení na zkvalitnìní technologických a provozních ukazatelù elektrizaèní soustavy na úroveò standardù platných v UCPTE pro synchronní provoz byla v roce 1992 založena regionální skupina CENTREL (Polsko, Maïarsko, Slovensko, Èeská republika) Po provedených opatøeních byl zahájen zkušební synchronní provoz a po jeho vyhodnocení byla soustava CENTREL spojena se systémem UCPTE Po více než dvouletém úspìšném zkušebním provozu bylo 15 dubna 1998 zkušební propojení s UCPTE zmìnìno na trvalé Elektrizaèní soustava Èeské republiky se tak stala èlenem Evropy pøed vlastním vstupem ÈR do Evropské unie Výchozí situace stávajících výrobních zdrojù elektrické energie v Èeské republice pro tøetí tisíciletí a bilance elektrické energie ÈR vyplývá z následujících grafù A HISTORIE ELEKTROENERGETIKY 17

16 Struktura instalovaného výkonu (%) (stav k ) Bilance elektrické energie ÈR (GWh) (rok 2000) Instalovaný výkon zdrojù Èeské republiky byl k ,78 MW Zdroje a s ÈEZ obsáhly 66,2 % instalovaného výkonu, nezávislí výrobci 33,8 % Ze srovnání vývoje ekonomiky a spotøeby elektøiny v západoevropských zemích lze odvodit, že s rùstem hrubého domácího produktu a ostatních makroekonomických ukazatelù poroste v Èeské republice v pøíštím století i spotøeba elektøiny Úsporná opatøení na stranì spotøeby potom budou mít za následek snižování temp a pøírùstkù spotøeby elektøiny Již v prvé tøetinì 21 století bude nutné pøipravovat øešení pro náhradu dožívajících elektráren a krytí zvýšené spotøeby elektøiny pro zajištìní dostatku výroby elektøiny v další perspektivì Vývoj a výroba energetických zaøízení budou v budoucnu ovlivnìny v prvé øadì dostupnými primárními zdroji, dodržením potøebné diverzifikace zdrojù a zøejmì povedou k výstavbì nìkolika velkých moderních blokù s ovìøenými technologiemi, s vysokou úèinností a pøijatelnými poøizovacími i provozními náklady [80] Podíl velkých elektrárenských blokù na výrobì elektøiny bude mírnì klesat ve prospìch kogeneraèních jednotek s menšími výkony Je tøeba zintenzivnit využití obnovitelných zdrojù reálnì aplikovatelných v ÈR (využití sluneèní energie zejména fotovoltaiky, vodní energie, tradièní a nové biomasy, energie vìtru, geotermální energie) a zvýšit podíl tìchto zdrojù v celkové bilanci energie státu Lze pøedpokládat, že ÈR bude v této problematice dodržovat svìtový trend, který lze odvozovat z následujícího grafu, kde jsou uvedeny orientaèní hodnoty celosvìtové potøeby a podíly jednotlivých druhù primární energie 18 ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A

17 A HISTORIE ELEKTROENERGETIKY 19

18 Perspektivnì je pravdìpodobný i pøedpoklad dalšího pokroku a rozšiøování urèité decentralizace výroby elektøiny pro vysoké náklady na pøenos, distribuci a další služby potøebné pro dodávku elektøiny koneènému spotøebiteli Do tìchto malých zdrojù lze zaøadit i použití mikroturbín a další rozvoj a použití palivových èlánkù Tento rozvoj vyžaduje vysokou kvalifikaci pracovníkù, pracovní zodpovìdnost a obìtavost pro zajištìní dostatku levné elektrické energie pro obèany Èeské republiky Je potøebné, aby bylo využito odborné úrovnì èeských pracovníkù v energetice a energetickém strojírenství, tradiènì odpovídající úrovni vyspìlých státù a dosahujících velmi dobrých výsledkù v zajiš ování výroby i rozvodu elektrické energie a tepla Snahou autorù bylo pøedat do prùvodce srozumitelný výklad základních disciplin fyziky a elektroenergetiky, nejmodernìjší poznatky z elektrárenství, teplárenství a hlavnì více jak desetileté vlastní zkušenosti z pøímého øízení provozu a rozvoje Je pøáním autorù této publikace pøispìt k úspìšným øešením optimalizace provozu a údržby, modernizace energetických zaøízení, dalšímu rozvoji v elektroenergetice a uplatnìní trhu s elektøinou na základì regulovaného pøístupu k pøenosové soustavì a k distribuèním soustavám a možnosti výstavby výroben elektøiny a vedení podle podmínek stanovených zákonem è 458 ze dne 28 listopadu 2000 (energetický zákon) a è 406 ze dne 25 øíjna 2000 o hospodaøení energií, vèetnì vyhlášek související s tìmito zákony (pøehled tìchto vyhlášek je uveden v Pøíloze 2) Dìkujeme našim spolupracovníkùm v energetice a vysokých školách za jejich pomoc pøi zpracování této publikace, která shrnuje v této oblasti výsledky mnohaleté práce ve výzkumu, provozu a pøípravì nových odborníkù pro energetiku Dìkujeme recenzentovi panu Prof Ing Karlovi Sokanskému, CSc a jeho kolektivu z VŠB TU Ostrava za cenné pøipomínky k rukopisu díla V závìru pøedmluvy dìkujeme nakladatelství BEN za kladný pøístup k redakènímu zpracování knihy a to zejména øediteli Liborovi Kubicovi, panu Martinovi Havlákovi a sleènì Kateøinì Hrubé V Praze v prosinci 2001 Prof Ing Zbynìk Ibler, DrSc Prof Ing Jan Karták, DrSc Doc Ing Jiøina Mertlová, CSc Ing Zbynìk Ibler 20 ZBYNÌK IBLER A KOL : TECHNICKÝ PRÙVODCE ENERGETIKA A