Energetika Osnova předmětu 1) Úvod

Transkript

1 Osnova předmětu 1) Úvod 2) Energetika 3) Technologie přeměny 4) Tepelná elektrárna a její hlavní výrobní zařízení 5) Jaderná elektrárna 6) Ostatní tepelné elektrárny 7) Kombinovaná výroba elektřiny a tepla 8) Energie větru 9) Energie vody 10) Energie světla 11) Další zdroje elektrické a tepelné energie OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 1

2 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 2

3 Rozsah působnosti energetiky OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 3

4 Rozsah působnosti energetiky OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 4

5 Oblasti energetiky: Energetika Rozsah působnosti energetiky získání energie přeměna energie na použitelnou formu - zdroj transport energie doprava energie na jiné místo. spotřeba energie přeměna energie na použitelnou formu - spotřebič OZE 1 - doc. Ing. J. Šípal, PhD 5

6 Rozsah působnosti energetiky Postav OZE 1 - doc. Ing. J. Šípal, PhD 6

7 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 7

8 Základní energetické pojmy Příkon, výkon, ztráta, účinnost P= W t W 1 =W 2 +W Z η= W 2 W 1 = W 2 t 1 W 1 t 1= P 2 P 1 <1 OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 8

9 Časová souslednost Energetika Základní energetické pojmy Příkon, výkon, ztráta, účinnost η= P 2 P 1 η= W 2 W 1 P 1 t OZE 1 - doc. Ing. J. Šípal, PhD 9

10 Základní energetické pojmy Příkon, výkon, ztráta, účinnost OZE 1 - doc. Ing. J. Šípal, PhD 10

11 Základní energetické pojmy Příkon, výkon, ztráta, účinnost η 1 = W 1,2 W 1,1 η 2 = W 2,2 W 2,1 η= W 2,2 W 1,1 = W 2,2 W 2,1 W 1,1 W 2,1 =η 2 η 1 OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 11

12 Základní energetické pojmy Měrná spotřeba energie m= W 1 měrná jednotka výrobku OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 12

13 Základní energetické pojmy Jmenovitý výkon zařízení Výkon, který je uveden na štítku zařízení. Tento výkon, při dodržení jmenovitých parametrů (např. elektrického napětí), musí zařízení být schopno trvale dodávat. Jedná se o projektovaný parametr zařízení. Často je také nazýván projektovaný výkon. Instalovaný výkon V případě, že se jedná o jedno zařízení, je instalovaný výkon roven jmenovitému výkonu. V případě energetické výrobny, potom je instalovaný výkon roven součtu jmenovitých výkonů jednotlivých zařízení. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 13

14 Základní energetické pojmy Minimální příkon - výkon Minimální příkon - výkon je takové množství dodávané energie za jednotku času danému zařízení, kdy je ještě možné toto zařízení provozovat bezpečně a bezporuchově. Maximální výkon Maximální výkon je větší než jmenovitý výkon, jedná se o krátkodobé přetížení, kdy je ještě možné toto zařízení provozovat bezpečně a bezporuchově. Regulační rozsah Regulační rozsah je pásmo mezi minimálním a jmenovitým výkonem. V tomto pásmu je možné provádět regulaci dodávaného výkonu. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 14

15 Základní energetické pojmy Ekonomický výkon Jedná se o výkon, při kterém jsou nejmenší ztráty a je nejvyšší účinnost provozovaného zařízení. Tento výkon se nemusí rovnat jmenovitému výkonu. Výkon na svorkách generátoru Jedná se o zvláštní označení výkonu na výstupu elektrického generátoru. Na rozdíl od jmenovitého výkonu se velikost tohoto výkonu může měnit s časem. Vlastní spotřeba Elektrárna jako každé jiné zařízení potřebuje pro svůj provoz energii. Tento spotřebovávaný výkon se nazývá vlastní spotřeba výrobny. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 15

16 Základní energetické pojmy Výkon na prahu výrobny Výkon na prahu výrobny je součet okamžitých výkonů jednotlivých výrobních zařízení po odečtení vlastní spotřeby. Spalné teplo Spalné teplo je takové množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením jednotkového množství paliva. Předpokládá se, že voda, uvolněná spalováním, zkondenzuje a energii chemické reakce není třeba redukovat o její skupenské teplo. Výhřevnost Výhřevnost, která je rovněž označována H, je vlastnost paliva, která udává, kolik energie se uvolní úplným spálením jedné jednotky (obvykle 1 kg). OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 16

17 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 17

18 Provozní stavy zařízení Vypnuto Oprava Studená záloha Zapnuto Naprázdno teplá záloha Zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 18

19 Časy Čas uvedení do provozu Při uvádění energetických zařízení, zejména těch výkonných, je nutné dodržovat časový harmonogram najíždění zařízení do provozu, který vychází z především tepelného a tlakového vyrovnávání parametrů. Čas uvedení do provozu je časový interval mezi spuštěním ze studené nebo teplé zálohy a zahájením dodávky výkonu. Čas dosažení jmenovitého výkonu Po uvedení zaøízení do provozu je nutné zvyšovat jeho výkon plynule, rovněž podle předepsaného harmonogramu. Čas dosažení jmenovitého výkonu, který je potřeba k dosažení jmenovitého výkonu po spuštění. Tento časový interval je větší než èas uvedení do provozu. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 19

20 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 20

21 0 až 1 hod 16,6 MW 1 až 2 hod 16 MW 2 až 3 hod 16 MW 3 až 4 hod 16,2 MW 4 až 5 hod 16,5 MW 5 až 6 hod 17 MW 6 až 7 hod 18,5 MW 7 až 8 hod 21 MW 8 až 9 hod 23 MW 9 až 10 hod 22,2 MW 10 až 11 hod 23,5 MW 11 až 12 hod 21 MW Energetika Diagram zatížení Naměřený průběh zatížení: 12 až 13 hod 21,5 MW 13 až 14 hod 24,5 MW 14 až 15 hod 23 MW 15 až 16 hod 25 MW 16 až 17 hod 26 MW 17 až 18 hod 28 MW 18 až 19 hod 29 MW 19 až 20 hod 30 MW 20 až 21 hod 27 MW 21 až 22 hod 24,5 MW 22 až 23 hod 18 MW 23 až 24 hod 16 MW OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 21

22 Diagram zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 22

23 Diagram zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 23

24 Diagram zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 24

25 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 25

26 Diagram zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 26

27 Diagram zatížení OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 27

28 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 28

29 Stavová rovnice Stavovou rovnicí se v termodynamice označuje rovnice, která určuje vztah mezi jednotlivými stavovými veličinami charakterizujícími daný termodynamický systém. Stavová rovnice tedy popisuje makroskopický stav dané látky za určitých fyzikálních podmínek. Stavová rovnice ideálního plynu vyjadřuje vzájemnou závislost stavových veličin při termodynamických dějích v ideálním plynu. p V =n R T p V T =konst. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 29

30 Stavové změny plynů Izotermická změna p V =konst. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 30

31 Stavové změny plynů Izochorická změna p T =konst. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 31

32 Stavové změny plynů Izobarická měna V T =konst. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 32

33 Stavové změny plynů Adiabatická změna p V κ =konst. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 33

34 Osnova přednášky 1) Rozsah působnosti energetiky 2) Základní energetické pojmy 3) Provozní stavy zařízení 4) Čas uvedení do provozu a dosažení jmenovitého výkonu 5) Diagram zatížení 6) Doba trvání maxima 7) Pásma zatížení 8) Doba využívání maxima, zatěžovatel 9) Stavová rovnice 10) Stavové změny plynů 11) Rankinův oběh 12) Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 34

35 Rankinův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 35

36 Rankinův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 36

37 Rankinův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 37

38 Rankinův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 38

39 Braytonův oběh OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 39

40 Opakovací otázky 1) Vysvětlete: příkon, výkon, ztráta, účinnost, měrná spotřeba energie, jmenovitý výkon zařízení, minimální výkon, maximální výkon a regulační rozsah, ekonomický výkon, výkon na svorkách generátoru, vlastní spotřeba, výkon na prahu výrobny, spalné teplo a výhřevnost paliva. 2) Popište diagram zatížení. 3) Rozdělení diagramu zatížení a popište jednotlivá pásma. 4) Vysvětlete pojem doba trvání maxima, zatěžovatel. 5) Jaké znáte stavové změny? 6) Nakreslete a vysvětlete schéma kondenzační elektrárny bez přihřívání páry a k němu příslušný T-s diagram. 7) Nakreslete a vysvětlete schéma kondenzační elektrárny s přihříváním páry a k němu příslušný T-s diagram. 8) Nakreslete schéma a vysvětlete Braytonův cyklus. OZE 1 -doc. Ing. J. Šípal, PhD 40