elektrane i elektroenergetski sistemi

0

Doc.dr.sc. Damir Šljivac

Elektrotehnički fakultet Osijek,

Zavod za elektroenergetiku

e-mail: [email protected]

Tel: 224-614; 224-651 Soba: 2-26; Ured Prodekana

ELEKTRANE I EESELEKTRANE I EES

Elektrotehnički fakultet Osijek 1

� LITERATURA

� OSNOVNE ZNAČAJKE ELEKTRANA

� HIDROELEKTRANE

� TERMOELEKTRANE

� NUKLEARNE TERMOELEKTRANE

� TOKOVI SNAGA

� KRATKI SPOJ

ELEKTRANE I EESELEKTRANE I EES

Elektrotehnički fakultet Osijek

2

LITERATURALITERATURA

� Jozsa, L.: Energetski procesi i elektrane, Interna skripta, ETF Osijek, 2005.

Poglavlja: 3., 4., 5. i 6.

� Jozsa, L.: Tokovi snaga u mreži, skripta, ETF Osijek, 1993. (poglavlje: 1. - TS)

� Nikolovski, S., Šljivac, D.: Elektroenergetske mreže zbirka riješenih zadataka, ETF Osijek, 2006. (poglavlje: 5. – KS)

� Jozsa, L.: Kratki spoj, interna skripta, ETF Osijek, 2006.

Skripte i zbirka su dostupne u knjižnici fakulteta.


1. OSNOVNE ZNA1. OSNOVNE ZNAČČAJKE ELEKTRANAAJKE ELEKTRANA

1.1. Općenito o elektranama

1.2. Energetske karakteristike elektrana

1.3. Dijagrami opterećenja elektrane


4

1.1. Općenito o elektranama


Definicija i podjela elektrana

� Elektrane su postrojenja za proizvodnju većih količina električne energije.

� Za pogon generatora kao izvora električne energije predviñeni su u svakoj elektrani pogonski strojevi (vodne turbine, parne turbine, plinske turbine, motori sa unutrašnjim izgaranjem, elisa za pogon vjetrom).

� Osim pogonskih strojeva i generatora (pogonski stroj i generatorčine agregat), postoje i ostali ureñaji i naprave koji su potrebni za pogon tih strojeva, za regulaciju, kontrolu, upravljanje i druge namjene.

� Osnovna podjela elektrana:

1. Hidroelektrane (HE),

2. Termoelektrane (TE)

3. Vjetroelektrane (VE)


6

� Hidroelektrane: postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pretvara u električnu (i elektrane koje se koriste plimom i osekom.)

� Termoelektrane: postrojenja koja upotrebljavaju različita goriva ili toplinu Zemlje za proizvodnju električne energije (parne, dizelske, plinske, nuklearne i geotermalne elektrane).

� Vjetroelektrane: iskorištava se kinetička energija zraka.

� Osnovni zadatak elektrana: proizvesti potrebnu količinu energije u trenutku kad je potrošač traži. S obzirom da ne postoji mogućnost akumuliranja većih količina električne energije, proizvodnja električne energije mora u svakom trenutku biti jednaka potražnji. Elektrane trebaju biti u mogućnosti udovoljiti tom zahtjevu.

� Danas se elektrane rijetko grade kao izolirana postrojenja, većkao dio nekog EES, a način njihovog rada ovisi o radu drugih elektrana i o potražnji svih potrošača u sustavu.


Dnevni dijagram opterećenja

Elektrane koje pokrivaju potrošnju prikazanu gornjim dijelom dnevnog dijagrama opterećenja nazivaju se vršnim elektranama, a one koje imaju zadatak da rade za potrošnju u donjem dijeludijagrama, temeljnim elektranama.


8

� Uloga i režim rada pojedine elektrane u elektroenergetskom sustavu ovise:

1. O sposobnosti elektrane da se prilagodi brzim promjenama opterećenja (najbolje se mogu prilagoditi akumulacijske HE i TE s plinskim turbinama);

2. O ispunjenju zahtjeva da se potrebna energija proizvede uz što niže troškove (maks. iskorištenje raspoložive vode, što veća proizvodnja u TE s malim specifičnim troškovima za gorivo).

� Uloga elektrana nije unaprijed čvrsto odreñena:U kišnom razdoblju godine velika većina HE (osim onih s vrlo velikim akumulacijama) rade kao temeljne, a TE se što više koriste kao vršne. U sušnom razdoblju uloge se zamjenjuju.

� Uloga elektrane mijenja se i s razvojem sustava: Starije TE rade sve više kao vršne (jer imaju veće specifične troškove za gorivo); Nove termoelektrane preuzimaju ulogu temeljnih.


1.2. Energetske karakteristike elektrana


10

� Instalirana snaga

Osnovna karakteristika svake elektrane. Definira se kao aritmetička suma nazivnih snaga generatora (u MVA) odnosno kao aritmetička suma snaga turbina, mjerenih na stezaljkama generatora (u MW). Ona predstavlja nazivnu snagu elektrane.

� Maksimalna snaga

Najveća snaga koju neka elektrana kao cjelina može proizvesti uz pretpostavku da su svi njezini dijelovi sposobni za pogon.

Za HE se uz ovo pretpostavlja i da su protok i pad optimalni, a za TE da joj stoji na raspolaganju dovoljna količina goriva (ugljena, nafte...) odreñene kvalitete i dovoljna količina vode normalne temperature i čistoće za hlañenje kondenzatora.

Pri odreñivanju maksimalne snage ne postavlja se zahtjev da se postigne optimalni stupanj djelovanja, ali se uzimaju u obzirutjecaji svih dijelova postrojenja. Razlikuje se maksimalna snaga na stezaljkama generatora (maksimalna bruto-snaga) i maksimalna snaga na pragu (maksimalna neto-snaga).


� Raspoloživa snaga

Najveća snaga koju elektrana može proizvesti u nekom trenutku, polazeći od stvarnog stanja u elektrani (kvarovi, popravci i pregledi), a uz pretpostavku da nema ograničenja zbog proizvodnje jalove snage. Pri odreñivanju raspoložive snage treba kod HE uzeti u obzir raspoloživi dotok i pad, a kod TE kvalitetu goriva, količinu i temperaturu vode. I ovdje se razlikuje raspoloživa snaga na stezaljkama generatora i na pragu elektrane.

� Maksimalno i minimalno godišnje opterećenje elektrane

Odreñuje se iz pogonskih podataka elektrane ili iz konstruirane godišnje krivulje trajanja opterećenja. Za elektrane koje rade u većim EES maksimalno je godišnje opterećenje jednako ili skoro jednako maksimalnoj snazi, dok je minimalno opterećenje jednako nuli (zbog godišnjeg pregleda). Dakle, odnos izmeñu maksimalnog i minimalnog opterećenja za elektrane nema značenja.


12

� Faktor opterećenja elektrane m

Omjer električne energije proizvedene u promatranoj godini i električne energije koja bi se proizvela da je elektrana kroz cijelu godinu bila pod maksimalnim opterećenjem.

Pg,max - maksimalno opterećenje elektrane u tijeku promatrane godine u MW,

Wg - godišnja proizvodnja elektrane u MWh u istomrazdoblju

� Faktor iskorištenja n dobiva se iz prethodnog izraza ako se umjesto Pg,max uvrsti maksimalna snaga elektrane Pe,max:

,max8760

g

e

Wn

P=

,max8760

g

g

Wm

P=


� Trajanje korištenja:

Opterećivanje odnosno iskorištavanje elektrane često se karakterizira trajanjem korištenja maksimalnog godišnjeg opterećenja tg,max i trajanjem korištenja maksimalne snage te,max.Ove dvije veličine definiraju se kao vrijeme potrebno da se snagom Pg,max, odnosno snagom Pe,max proizvede energija Wg.

Ni tg,max ni te,max ne predstavljaju stvarno trajanje pogona elektrane, već samo vrijeme koje bi bilo potrebno da se uz maksimalno opterećenje, odnosno maksimalnu snagu, proizvede količina energije Wg. Trajanje korištenja akumulacijskih HE je 2000 – 3000 h/god, protočnih i do 6000 h/god, a TE izmeñu 1000 (stare) i 6500 h/god (nove).

,max

,max

gg

g

Wt

P= ,max

,max

ge

e

Wt

P=


14

1.3. Dijagrami opterećenja elektrane


� U EES postoji velik broj potrošača različitih karakteristika, zbog kojih se i potražnja tijekom dana mijenja. Tim promjenama mora biti prilagoñen EES s elektranama koje su u njega uključene.

� Osnovu za upoznavanje zahtjeva potrošača, a prema tome i polaznu točku za projektiranje, izgradnju i pogon elektrana, predstavlja dnevni dijagram potražnje odnosno opterećenja.

� Dnevni dijagram potražnje (opterećenja) pokazuje kako se potražnja (opterećenje) mijenja tijekom dana. O dnevnom dijagramu za potražnju govori se kad se promatra promjena sa strane potrošača, a o dnevnom dijagramu opterećenja kad se gleda sa strane elektrana, rasklopnih postrojenja ili vodova.

� Dnevni dijagrami u svakom EES imaju svoj karakterističan oblik koji ovisi o danima u tjednu, o godišnjem dobu, o vrsti potrošača, o razvijenosti zemlje itd.


16

0

200

400

600

800

1000

1200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

t (h)

P (

MW

)

Zagreb

Split

Opatija

Osijek

Dnevni dijagrami srednjeg satnog opterećenja karakteristične srijede u prosincu 2000.g. u nekim hrvatskim gradovima


� Pomoću triju podataka: Pmin, Pmax, Wd mogu se odrediti dvije veličine koje karakteriziraju dnevni dijagram opterećenja:

1. Dnevni faktor opterećenja m: definiran je kao omjer izmeñu energije Wd

i energije koja bi se mogla proizvesti snagom Pmax tijekom 24 sata :

2. Omjer minimalnog i maksimalnog opterećenja m0:

� Na osnovi analize ostvarenih dijagrama opterećenja može se pokazati da izmeñu faktora opterećenja mi veličine m0 postoji približan odnos:

max24P

Wm d=

max

min0 P

Pm =

( ) 3

00,8 1, 0m m= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Dnevni dijagram opterećenja


18

2. HIDROELEKTRANE2. HIDROELEKTRANE

2.1. Općenito o hidroelektranama

2.2. Dijelovi hidroelektrana

2.3. Tipovi hidroelektrana

2.4. Karakteristike hidroelektrana

2.5. Hidroenergetski potencijal u svijetu i HR


2.1. Općenito o hidroelektranama


20

Definicija HE

• Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pomoću vodnih turbina i električnih generatora pretvara u električnu energiju. U sastav hidroelektrane idu i svi objekti i dijelovi koji služe za skupljanje, dovoñenje i odvoñenje vode, za pretvaranje mehaničke u električnu energiju i za transformaciju i razvod električne energije.

� Razlikuju se sljedeći karakteristični dijelovi hidroelektrane:- brana ili pregrada, - zahvat, - dovod, - vodna komora ili vodostan, - tlačni cjevovod, - strojarnica i - odvod vode.

� Prema tipu HE mogu neki od ovih dijelova potpuno izostati, a u drugim slučajevima može isti dio preuzeti više funkcija.


Podjela HE

� Hidroelektrane mogu se podijeliti: prema padu, načinu korištenja vode, volumenu akumulacijskog bazena i prema smještaju strojarnice.

� Prema visini pada razlikuju se:1. Niskotlačne HE (pad do 25 metara), 2. Srednjetlačne HE (od 25 do 200 m) i 3. Visokotlačne HE (iznad 200 m).

1. Niskotlačne HE grade se kao riječna i kanalna postrojenja za specifične padove do 1m/km. Pri tome je karakteristično da im cjelokupni pad stoji na raspolaganju neposredno kod elektrane, bez potrebe za tlačnim dovodima i cjevovodima. Ovakve hidroelektrane najčešće nemaju mogućnost akumuliranja vode i upotrebljavaju se kao protočne HE za pokrivanje osnovnog opterećenja.


22

2. Srednjetlačne HE se od niskotlačnih razlikuju samo u tome što im gornja voda zbog većih padova (od 1 do 5 m/km) nije neposredno uz elektranu. Ovdje se voda od zahvata dovodi kraćim tlačnim cjevovodom. Tlačni cjevovod i elektrana u ovom slučaju čine jednu cjelinu. Ovakve elektrane najčešće se grade na mjestima gdje rijeka stvara petlju koja se tada presiječe.

3. Visokotlačne HE najčešće su derivacijske. Kod ovih elektrana su zahvat i strojarnica prostorno odijeljeni jer se voda iz akumulacijskog bazena dovodi do turbina cjevovodom dugačkim i više kilometara. Grade se u brdovitim krajevima za padove veće od 5 m/km.

� S obzirom na način korištenja vode postoje:1. Protočne HE u kojima se voda iskorištava kako dotječe i 2. Akumulacijske HE u kojima se dio vode akumulira, da bi se mogla iskoristiti kad se pojavi potreba.


� Prema veličini akumulacijskog bazena razlikuju se:1. HE s dnevnom akumulacijom(punjenje akumulacije noću, a pražnjenje danju), 2. HE sa sezonskom akumulacijom(punjenje u kišnom, a pražnjenje u sušnom razdoblju), 3. HE s godišnjom akumulacijom(punjenje u kišnim, a pražnjenje u sušnim godinama).

� Prema smještaju strojarnice dijele se hidroelektrane na:1. Pribranske (strojarnica smještena neposredno uz branu) i 2. Derivacijske.

� Posebne vrste hidroelektrana predstavljaju:1. Crpno - akumulacijske HE i 2. HE koje iskorištavaju plimu i oseku.


24

2.2. Dijelovi hidroelektrana


2.2.1. Brane ili pregrade

• Brane ili pregrade su grañevine koje imaju višestruku namjenu: - da skrenu vodu s njezinog prirodnog toka prema zahvatu HE, - da povise razinu vode radi većeg pada i - da akumuliraju vodu.

• Dva su osnovna tipa brana:- visoke (visina od temelja do krune veća od 15 m, ili visina veća

od 10 m ali s krunom dužom od 500 m) i - niske (sve ostale).

• Brane, ovisno o materijalu od kojega se grade, mogu biti:- masivne (grade se od kamena, a češće od armiranog betona) i - nasute (zemljane, a grade se od homogenog ili nehomogenog

materijala).


26

• Prema konstrukciji, masivne se brane mogu podijeliti na:- gravitacijske (odupiru se opterećenju vode i drugih sila vlastitom

težinom), - lučne (u obliku zakrivljenih ploča preko kojih se opterećenje dijeli

na temelje, dno i bokove) i - raščlanjene (čine ih više elemenata, odnosno stupova ili potpora

na koje se naslanjaju betonske ploče ili svodovi).

• Lučne brane ponekad imaju neke elemente gravitacijske brane, pa se zovu lučno-gravitacijske.

• Nasute brane najčešće se grade od nehomogenog materijala u slojevima od gline do kamenog nasipa


1– Kruna brane; 2- Preljev; 3- Kontrolni hodnik;

4- Kontrolne prostorije; 5- Zapornica; 6- Temeljni ispust

Lučno gravitacijska brana


28

Nasuta brana

1- Kameni nasip; 2- Glinena jezgra; 3- Završni nasip; 4- Filtarski slojevi


BranaBrana Three GorgesThree Gorges (Tri klisure)(Tri klisure)

� Kina, rijeka Yangtze

� Duga skoro 2 km

� 175 m visoka.

� 25-75 milijarde $.

� 20 godina izgradnje

� Završetak izgradnje

2009.

� Jezero 640x1.6 km,

� Snaga 26x700 MW.

� Potopit će se 160 gradova, i 1500 sela (preko milijun ljudi)


30

2.2.2. Zahvat

• Zahvat ima zadatak da vodu zaustavljenu od pregrade primi i uputi prema centrali. Razlikuju se dva osnovna tipa zahvata: - zahvat na površini i - zahvat ispod površine vode.

• Zahvat na površini vode izvodi se kada je pregrada niska pa je razina vode iza pregrade praktički konstantna. Prolaz vode kroz zahvat regulirase zapornicama.

• Zahvat ispod površine vode izvodi se kada se razina vode tijekom godine mijenja (akumuliranje vode u kišnom i njezino iskorištavanje u sušnom periodu). U ovom slučaju zahvat treba postaviti na najnižu točku do koje će se spuštati razina vode.


Zahvat na površini (HE Kraljevac)


32

Zahvat ispod površine vode (jezero Bajer za HE Vinodol)


2.2.3. Dovod

• Dovod spaja zahvat s vodostanom ili vodnom komorom. Može biti izgrañen kao kanal ili tunel. To ovisi o topografiji terena kojim se dovod vodi i o pogonskim zahtjevima koji se postavljaju HE.

• Tunel se može izvesti kao gravitacijski i kao tlačni. - Gravitacijski tunel voda ne ispunja pa je za promjenu dotjecanja

vode potrebno mijenjati otvor na zahvatu. - Tlačni tunel ispunjen je vodom na cijelom svom profilu i za

promjenu dotjecanja vode nijepotrebno nikakvo djelovanje na zahvatu.

• HE su znatno elastičnije u pogonu kad imaju tlačni dovod nego kad imaju gravitacijski jer mogu bez ikakvih manipulacija slijediti promjene opterećenja.


34

2.2.4. Vodostan ili vodna komora

• Vodostan ili vodna komora nalazi se na kraju dovoda.

• Kad je dovod gravitacijski, potreban je vodostan dovoljnog volumena, kako bi mogao poslužiti kao spremnik vode u slučaju naglih promjena opterećenja.

• Ako HE ima tlačni dovod, može se vodostan izvesti kao proširenje na kraju toga dovoda. Ovakva vodna komora mora biti takvih dimenzija da uslijed promjena opterećenja tlak u dovodu ne poraste iznad dozvoljenih granica, odnosno da se razina vode ne spusti ispod najviše točke ulaza u tlačni cjevovod.


VodnaVodna komorakomora(pred HE (pred HE FuFužžineine u u

sistemu HE Vinodol)sistemu HE Vinodol)


36

2.2.5. Tlačni cjevovod

• Tlačni cjevovod služi za voñenje vode iz vodostana ili vodne komore do turbina. U pravilu izrañen je od čelika, a za manje

padove i od betona. Prema svom smještaju tlačni cjevovod može biti položen po površini i u tunelu.

• Cjevovod u tunelu može:- biti slobodno položen (kada tunel služi samo kao prostor za

smještaj cjevovoda) ili - prilijegati uz stijene tunela (i to bilo tako da naprezanja preuzima samo stjenka cjevovoda ili tako da ih preuzima djelomično i okolna stijena).

• Na ulazu u cjevovod uvijek postoji zaporni organ čija izvedba ovisi o tlaku koji vlada na početku cjevovoda.


• Najvažniji je sigurnosni zaporni organ koji ima zadatak automatski spriječiti daljnje dotjecanje vode u cjevovod, u slučaju da pukne cijev.

• Ispred sigurnosnog zapornog organa postavlja se pomoćni zaporni organ koji omogućuje pregled i popravke na sigurnosnom organu bez pražnjenja dovodnog tunela ili dovodnog kanala.

• Postavljanje zapornih organa na dnu tlačnog cjevovoda ovisi o broju turbina koje su spojene na jedan cjevovod i o pogonskimzahtjevima koji se postavljaju HE.


1- Pomoćna zapornica2- Sigurnosna zapornica3- Ventil za zrak4- Obilazni cjevovod5- Tlačni cjevovod

Priključak tlačnog cjevovoda

38

2.2.6. Obilazni cjevovod

• Obilazni cjevovod nalazi se na početku glavnog cjevovoda. On je predviñen za postupno punjenje glavnog cjevovoda.

• Obilazni cjevovod ima puno manji promjer od glavnog jer se, zbog sprečavanja oštećenja, cjevovod puni samo s približno 1/20 protoka u normalnom pogonu.

• Osim toga, zadatak je obilaznog cjevovoda da omogući izjednačenje tlakova ispred i iza zapornog organa na ulazu u cjevovod, jer bi bez tog izjednačenja bila potrebna vrlo velika snaga za otvaranje zapornog organa.


2.2.7. Vodne turbine

• Energija koju ima neka tekućina (u našem razmatranju voda) što struji nekom brzinom sastoji se od energije tlaka, potencijalne i kinetičke energije.

• Svaka od tih energija može se pretvoriti na pogodan način u drugi oblik, koji se pomoću strojeva transformira u mehaničku energiju.

• Najjednostavniji su takvi strojevi vodenička kola, a ona se izvode za iskorištavanje kinetičke energije ili su tjerana pomoću potencijalne energije.


40

Skice vodeničkih kola: a) iskorištavanje kinetičke energijeb) iskorištavanje potencijalne energije


U poU poččetku...etku...

Kineska obrada Kineska obrada ččelikaelika


42

HHiidrodroenergijaenergija17001700tete ~~ ranerane 18001800tete

� Bernard Forest de Bélidor

Architecture Hydraulique,


• Prva vodna turbina u današnjem smislu postavljena je 1837. godine u Francuskoj.

• To je Fourneyronova turbina, nazvana po njezinom konstruktoru. Snaga joj je bila 60 KS.

Fourneyronova vodna turbinaS- stator, R- rotor

44

Osnovna podjela vodnih turbina

• Danas se u osnovi grade dva tipa vodnih turbina: 1. Pretlačne (ili reakcijske) i 2. Turbine slobodnog mlaza (ili akcijske turbine).

• Pretlačnim turbinama nazivaju se vodne turbine u kojima je tlak na ulazu u rotor veći od onoga na njegovom izlazu, što odgovara reakcijskim parnim turbinama. U pretlačnim tur-binama, naime, dio se energije tlaka transformira u kinetičku energiju u statoru, a dio u rotoru.

• U turbinama slobodnog mlaza tlak je na ulazu u rotor jednak kao i na njegovom izlazu. To odgovara akcijskim parnim turbinama, jer se sva energija tlaka transformira u kinetičku energiju vode u statoru.

45

Vodne turbine

� Akcijske – slično vodenom točku

� udubljene lopatice - okreću se u zraku

� za velike padove (okomito >10 m), za velike tlakove

� Reakcijske – za velika postrojenja

� lopatice slične elisi broda –potopljene u vodi

� za male padove, pri velikom protoku i malom tlaku


46

TTurbinurbina slobodnog mlaza (akcijska)a slobodnog mlaza (akcijska)

PretlaPretlaččna (reakcijska)na (reakcijska) tturbinurbinaa


� Tipovi pretlačnih (reakcijskih) turbina

�Francisova (konstruirao Amerikanac Francis 1847.)

�Kaplanova (konstruirao Čeh Kaplan 1922., rotorske lopatice mogu se pomicati da bi se bolje prilagodile uvjetima strujanja).

�Propelerna (Kaplanova s nepomičnim rotorskim lopaticama)

Francisove turbine izvode se s horizontalnom i s vertikalnom osovinom, a Kaplanove i propelerne turbine samo s vertikalnom osovinom.

� Tipovi turbina slobodnog mlaza (akcijskih)

�Peltonova (konstruirao Amerikanac Pelton 1878., jedini tip koji se danas izvodi, izvodi se s jednom i s više mlaznica)


48

Skica Francisove turbine shorizontalnom osovinom

Skica Kaplanove turbine

Skica Peltonove turbines dvije mlaznice

Elektrotehnički fakultet Osijek 49Elektrotehnički fakultet Osijek

Francisova turbina

50Elektrotehnički fakultet Osijek

Kaplanova turbina


Peltonova turbina

52

Energetske prilike u vodnoj turbini

• Za odreñivanje snage vodne turbine polazi se od opće jednadžbe stacionarnog strujanja tekućine (Bernoullijevajednadžba), koja uz zanemarenje trenja ima poznati oblik:

(2.1.)

gdje su:p – tlak u okolini elementa mase vode koja struji (N/m2=kgm/s2m2),ρ – specifična masa tekućine (kg/m3),h – visina promatranog elementa tekućine iznad referentnog nivoa (m),c – brzina strujanja tekućine (m/s),w0 – specifična energija tekućine (m2/s2).

.2

10

2 constwcghp

==++ρ


• Svim članovima jednadžbe (2.1) dimenzija je m2/s2, što odgovara kvadratu brzine. Ta dimenzija odgovara specifičnoj energiji, jer energija ima dimenziju kgm2/s2, a specifična se energijaodnosi na jedinicu mase.

• Prvi je član specifična energija tlaka, drugi specifična potencijalna energija, a treći izražava specifičnu kinetičku energiju tekućine.

• Specifična energija w0 ukupna je specifična energija tekućine koja se ne mijenja strujanjem jer je zbroj svih specifičnih energija konstantan, što je u skladu sa stavkom o održanju energije. Može se w0 shvatiti i kao snaga elementa mase vode (M = 1 kg/s).


54

Skica HE smalimpadom

Kako bi dobili sliku o energetskim prilikama u hidroelektrani, razmotrimo najprije prilike u HE s malim padom.


Element mase vode (1 kg/s) kreće se od točke A do točke B. Snaga toga elementa mase u točki A u komori pred ulazom u turbinu je:

(2.2)

• Snaga tlaka pA/ρ posljedica je stupca vode h'A iznad točke A i tlaka okoline p0 pa je:

(2.3)

• S druge strane, nakon izlaska iz hidroelektrane u odvodni kanal, element mase vode u točki B ima snagu:

(2.4)

AAA

A ghcp

P ++=2

2

ρ

`

2

0

2AA

AA ghgh

cpP +++=

ρ

BBB

B ghcp

P ++=2

2

ρ


56

• Uzevši i sada u račun stupac vode iznad točke B (h‘B) i tlak okoline (p0) na površinu vode u odvodnom kanalu može se prethodna jednadžba napisati u obliku

(2.5)

• Razlika izmeñu PA i PB je snaga koja se dade iskoristiti u turbini po jedinici mase:

(2.6)

• Razlika izmeñu razina vode na strani dovoda (gornja voda) i na strani odvoda (donja voda)naziva se bruto-pad HE (Hb):

(2.7)

BBB

B hgghcp

P ′+++=2

20

ρ

)2

´()2

´(22

1 g

chhg

g

chhgPPP

B

BB

A

AABAh ++−++=−= )( 32 −skgm

)´()´( BBAAb hhhhH +−+=


• Time je jedinična iskoristiva snaga vode u vodnoj turbini:

(2.8)

• Drugi i treći član u zagradi izraza (2.8) imaju dimenziju duljine u (m) i takvi se članovi nazivaju visine brzine. Drugi je član visina brzine na dovodnoj, a treći visina brzine na odvodnoj strani. (Naime, kvadrat brzine podijeljen dvostrukim ubrzanjem Zemljine sile teže jednako djeluje na snagu kao i stupac vodevisok onoliko kolika je visina brzine.)

• Izraz u zagradi jednadžbe (2.8) raspoloživi je ili neto-pad (Hn), pa je snaga elementa vode:

(2.9)

−+=

g

c

g

cHgP

BA

bh22

22

1

nh gHP =1 ( )32 −skgm


58

• Množi li se ta snaga sa ukupnom masom vode M ( kgs-1), koju možemo prikazati kao produkt gustoće ρ (kg/m3) i protoka Q

(m3/s), za turbinu će raspoloživa snaga biti:

odnosno (W) (2.10)

• S obzirom da je za vodu koja služi za pogon vodnih turbina dopušteno uz vrlo veliku točnost uzeti da je ρ = 1000 kg/m3, raspoloživa se snaga u praksi odreñuje iz izraza:

(kW) (2.11)

• U razmatranom slučaju bio je prikazan smještaj vodne turbine u HE u kojoj se voda iskorištava na malom bruto-padu, pa su u proračunu neto-pada zanemareni gubici pri dovodu vode turbini, što je i dopustivo u takvim prilikama.

( )32 −skgmnhh QHgMPP ⋅== ρ1

nh gQHP =


Skica HE s velikim padom

• Ako je riječ o većim padovima, voda se turbini dovodi kanalom ili tunelom pa zatim cjevovodom. Ovdje gubitke u odvodu i dovodu treba uračunati kad se odreñuje neto-pad.


60

• Najprije treba razlikovati prirodni bruto-pad Hb’ od iskoristivog

bruto-pada Hb.

• Oni se meñusobno razlikuju za gubitke pada u dovodu vode hRd od vodotoka iz kojeg se uzima voda za energetsko iskorištavanje i za gubitke pada hR0 od hidroelektrane do mjesta u vodotoku gdje se vraća energetski iskorištena voda.

• Iskoristivi bruto-pad je prema tome:

(2.12)

• Gubici pada su mjera za gubitke energije, odnosno snage vode pri strujanju dovodnim i odvodnim kanalom ili tunelom, jer su

gubici energije odreñeni relacijama whd = ghrd, odnosno wh0 = ghR0.


0RRdbb hhHH −−′=

61

• Da bi se odredio neto-pad iskoristiv u vodnoj turbini, treba dakle poći od bruto-pada Hb. Kad bi se postupilo na već opisani način, došlo bi se do izraza za neto-pad:

(2.13)gdje je: c0 - brzina vode na ulazu u cjevovod

cA - brzina vode na ulazu u turbinucB - brzina vode na izlazu iz difuzora turbinehRc- visina gubitka u cjevovodu

• Gubici u cjevovodu su mjera za gubitke energije, odnosno snage u cjevovodu, te je obično dopustivo zanemariti visinu brzine c0

(2.14)Rc

BAbn h

g

c

g

cHH −−+=

22

22

RcBA

bn hg

c

g

c

g

cHH −−++=

222

2220


62

Efektivna snaga vodne turbine

• Pri prolasku vode kroz turbinu nastaju gubici te turbina nije sposobna dati svu raspoloživu snagu. Gubici se uzimaju u obzir stupnjem djelovanja turbine ηt koji se dobiva umnoškom hidrauličkog (ηh), volumetrijskog (ηv) i mehaničkog (ηm) stupnja djelovanja.

• Hidraulički stupanj djelovanja uzima u obzir gubitke u statoru, rotoru, difuzoru i na izlazu iz difuzora, te neiskorištenu energiju zbog otjecanja vode brzinom cB, tj. kinetičkom energijom cB

2/2g, što takoñer predstavlja gubitak.

• Volumetrijskim stupnjem djelovanja uzima se u obzir činjenica da sva voda koja ulazi u stator turbine ne prolazi i kroz njezin rotor već kroz raspore izmeñu statora i rotora.


• Mehanički stupanj djelovanja karakterizira mehaničke gubitke koji nastaju uslijed trenja u ležajevima i brtvama turbine, uslijed ventilacije zbog okretanja rotora, uslijed otpora vode u prostoru

izmeñu rotora i kućišta u koje dolazi voda koja izaziva volumetrijske gubitke.

• Stoga je efektivna snaga turbine koju ona ima na osovini:

(kW) (2.11-a)

• Srednje vrijednosti stupnjeva djelovanja u najpovljnijem području rada:

httnmvhne PgQHgQHP ηηηηη =⋅=⋅⋅⋅=


64

Uvjeti sličnog rada i specifični broj okretaja

• Zbog nemogućnosti točnog proračuna strujanja i gubitaka koji su posljedica strujanja, potrebno je u većini slučajeva upotrijebiti modele koji su slični izrañenim turbinama.

• Modelsko ispitivanje provodi se na modelu smanjenih dimenzija, a za vodne turbine ono se obavlja s padom vode koji se redovito razlikuje od onog s kojim će raditi izvedena turbina.

• U modelu vodne turbine moraju se ostvariti takve prilike strujanja da se postigne potpuna sličnost sa strujanjem u izvedenoj turbini.


Zamislimo dvije geometrijski slične turbine T' i T'', u kojima se voda pri brojevima okretaja n’ i n” iskorištava na neto padovima Hn' i Hn”.

Na slici su:c - brzina vode pri udaru od lopaticuu - obodna brzina rotoraw - relativna brzinaD’ i D“ – promjeri turbina T' i T'‘λ – omjer pomjera turbina T'‘ i T‘k – omjer sličnosti trokuta brzina


Prikaz sličnosti vodnih turbina

66

• Može se pokazati da za geometrijski slične turbine vrijede slijedeći izrazi za omjere njihovih brojeva okretaja, protoka i raspoloživih snaga:

(2.15)

(2.16)

(2.17)

• Za efektivne snage gornji omjer snaga zbog nejednakosti stupnjeva djelovanja ηt

’ i ηt” ne vrijedi.

2

n

n

HQ D

Q H D

′′′′ ′′ = ′ ′ ′

3

'

"2

'

"

'

"

=

n

n

h

h

H

H

D

D

P

P

'

"

"

'

'

"

n

n

H

H

D

D

n

n=


• Primijene li se ovi izrazi na istu turbinu (D’ = D”), može se ispitati promjena broja okretaja, protoka i snage uz promijenjene uvjete rada turbine:

(2.18)

• Zadnji izraz, s obzirom na to da se radi o istoj turbini, te ako se uzpromijenjene uvjete rada pretpostavlja i isti stupanj djelovanja ηt, vrijedi približno i za efektivnu snagu:

(2.19)

n

n

Hn

n H

′′′′=

′ ′n

n

HQ

Q H

′′′′=

′ ′h n n

h n n

P H H

P H H

′′ ′′ ′′=

′ ′ ′

e n n

e n n

P H H

P H H

′′ ′′ ′′≅

′ ′ ′


68

• Model koji je prilikom ispitivanja dao dobre rezultate može poslužiti kao uzorak pri izvedbi velikog niza turbina jer je dovoljno promijeniti omjer geometrijske sličnosti λ.

• Takve turbine, koje se razlikuju po dimenzijama, radit će uz različite padove, davat će različite snage i imat će različite brojeve okretaja. U svrhu utvrñivanja pripadnosti turbine stanovitom nizuuveden je pojam specifičnog broja okretaja.

• Specifični broj okretaja je broj okretaja modelne turbine koja ima toliki promjer (npr. ulazni promjer rotora pretlačne turbine, odnosno srednji promjer lopatičnog kola turbine slobodnogmlaza) da uz neto-pad od Hnm = 1 m iskorištava protok od Qm =1 m3/s.


• Ako turbinu T” smatramo modelnom, a T’ turbinom koja joj je geometrijski slična, specifični broj okretaja nq je:

(2.20)

• Tu se veličine D, n i Hn odnose na geometrijski sličnu turbinu. U tu jednadžbu za modelnu turbinu za pad Hnm upisana je vrijednost 1 m, da bi se održala dimenz. ispravnost izraza.

• Analogno tome – na temelju jednadžbe (2.16) - postavlja se relacija za protok koja vrijedi za modelnu turbinu:

(2.21)

1q m

m n

Dn n n

D H= =

n

mmq HD

DQQQ

11

2

===


70

• Pri tome je Qq protok kroz modelnu (Qq =1 m3/s), a Q protok kroz geometrijski sličnu turbinu.

• Ako se iz (2.21) odredi omjer Dm/D i uvrsti u (2.20) dobije se:

(min-1) ili (s-1) (2.22)

• Oba su omjera (Q/1 i 1/Hn) bez dimenzije, pa specifični broj okretaja ima dimenziju broja okretaja (brzine vrtnje), odnosnodimenziju koju ima i n.

• Uobičajeno je da se broj okretaja navodi u (min-1) - što nije sukladno SI sustavu jedinica (s-1) - te da se izraz za specifični broj okretaja piše bez jedinica u brojniku i nazivniku.

3

41

1q

n

Qn n

H

=

34

q

n

Qn n

H=


• Specifični broj okretaja u početku razvoja vodnih turbina bio je drugačije definiran, naime kao broj okretaja modelne turbine tolikog promjera da uz pad od Hnm=1m razvija efektivnu snaguPem=1KS. Uz tu definiciju specifični broj okretaja je:

(2.23)

• Prethodno navedeni izraz za omjer raspoloživih snaga (2.17) uz pretpostavku jednakih stupnjeva djelovanja modelne i slične može se primijeniti i na efektivne snage u obliku:

(2.24)

1s m

m n

Dn n n

D H= =

321

1 mem

n

DP P

D H

= =


72

• Ako se iz jednadžbi (2.23) i (2.24) eliminira omjer Dm/D , nastaje izraz:

(2.25)

gdje se snaga uvrštava u KS.

• Specifični broj okretaja definiran na ovaj način ima dva nedostatka:- snaga se unosi u jedinicama koje nisu u skladu sa SI sustavom, - ovisi o stupnju djelovanja turbine ηt.

• Kako turbina efektivnu snagu od Pem = 1 KS može proizvesti uz različite brojeve okretaja, specifičnim brojem okretaja modelne turbine smatra se onaj uz koji je stupanj djelovanja maksimalan.

41 1

1s

n n

Pn n

H H=

4s

n n

Pn n

H H=


Ovisnost stupnja djelovanja modelne turbine o broju okretaja uz konstantnu efektivnu snagu Pem = 1KS

• Ta dva specifična broja okretaja nq i ns nisu meñusobno jednaka. Može se pokazati da meñu njima postoji odnos:

(2.26)3, 65st

q

n

nη=


74

• S obzirom na specifični broj okretaja ns koji se često naziva koeficijentom brzohodnosti, turbine se klasificiraju prema tzv. brzohodnosti: - Peltonova ima specifični broj okretaja = 2 ÷ 60 min-1, - Francisova = 50 ÷ 500 min-1, - Kaplanova i propelerna = 450 ÷ 1200 min-1.

• S obzirom na specifični broj okretaja nq , turbine se mogu klasificirati u pogledu pada na osnovi slijedećeg razmatranja:

- U planinskim područjima s visokim padovima (iznad 100 m) uz relativno male količine vode (držeći broj okretaja na normalnoj, ekonomičnoj visini) iz jednadžbe (2.22) se vidi, da senq s padajućim Q i rastućim H smanjuje. Prema tome, doći će u ovom području do primjene sporohodne turbine.


- U nizinskom području za vodnu energiju rijeka karakterističan je veliki protok Q i mala visina H, iz čega prema (2.22) rezultira veliki nq, tj. primjena Kaplanove ili propelerne turbine.

- Iz izraza za nq (2.22) slijedi, meñutim, da će i kod visokih padova doći u obzir Francisova turbina, ako je dovoljno velik, a Peltonova turbina može doći u obzir i kod nižih padova, ako je dovoljno malen.

• Iz razmatranja specifičnih brojeva okretaja nq i ns, različiti tipovi turbina mogu se klasificirati s obzirom na brzohodnost i pad, što je učinjeno u tablici na slijedećoj stranici.


76

Podjela vodnih turbina prema brzohodnosti i padu


snH

11 - 7800 - 1200

18 – 11600 – 800

30 – 18450 –600KAPLAN (PROPELERNA)

50 - 30350 - 500extremno brzohodna

80 – 50250 – 350brzohodna

150 – 80125 - 250normalna

300 – 15050 - 125sporohodnaFRANCIS

24 - 60s 4 mlaznice

17 - 42s 2 mlaznice

do 2000do 30s 1 mlaznicomPELTON

Pad(m)

Brzohodnost (min-1)

VRSTA PRETLAČNE TURBINE

77

• Ako se uzmu u obzir svi čimbenici koji utječu na izbor tipa vodne turbine, može se zaključiti da se ograničena područja primjene mogu preklapati.

Područje primjene vodnih turbina


78

2.2.8. Generatori

• Generatori i turbine su smješteni u strojarnici. Vodne turbine pogone generatore preko svojih vratila.

• Hidrogeneratori pretežno se rade u vertikalnoj izvedbi zbog ekonomičnije izvedbe hidrauličkog dijela elektrane.

• Generatori s horizontalnim vratilom susreću se u postrojenjima manje snage i kad dvije Peltonove ili Francisove turbine pogone jedan generator.

• Hidrogeneratori (sporohodni ili brzohodni) grade se s istaknutim polovima i do 500 MVA.


• U crpno-akumulacijskim hidroelektranama često se susreću kombinacije pumpe, turbine i generatora na istom vertikalnom vratilu. U tom slučaju sinkroni stroj radi povremeno kaogenerator, a povremeno kao motor. Ima i slučajeva kad turbina radi kao pumpa. .

2.2.9. Strojarnica

• U strojarnici su osim agregata smješteni i upravljački pult i drugi pomoćni ureñaj za pogon, montažu i popravke (npr. mosna dizalica).

• S obzirom na smještaj strojarnice razlikujemo:- strojarnicu na slobodnom i - ukopanu strojarnicu (ako za to postoje sigurnosni, topološki ili

ekonomski razlozi).


80

2.2.10. Rasklopno postrojenje

• Rasklopno postrojenje elektrane u većini slučajeva smješteno je u samoj zgradi ili neposredno uz nju.

• Samo u iznimnim slučajevima rasklopno se postrojenje nalazi daleko od strojarnice.

2.2.11. Odvod vode

• Odvod vode izveden je ili kao tunel ili kao kanal, a zadatak mu je da vodu nakon iskorištenja u turbinama vrati u korito vodotoka ili da je dovede do zahvata sljedeće hidroelektrane.


2.3. Tipovi hidroelektrana


82

• Radi što racionalnijeg korištenja vodnih snaga treba prije izgradnje postrojenja izraditi detaljan osnovni projekt korištenja vodotoka, s kojim se rješava način njegova korištenja od izvora do ušća, usklañivanjem različitih zahtjeva za postizanje optimalnog rješenja s obzirom na nacionalno gospodarstvo.

• Ti su zahtjevi:- energetsko korištenje vode, - zahtjeve poljoprivrede (natapanje, odvodnjavanje), - opskrbu vodom (za piće i napajanje stoke), - zahtjeve za sprječavanje bujica, - održavanje riba i prirodnih ljepota, - osiguravanje mogućnosti plovidbe i sl.

• Niz hidroelektrana uz ostala postrojenja na vodotoku (za natapanje i odvodnjavanje, za plovidbu i dr.) naziva se hidroenergetskim sustavom.


Hidroenergetski sustavi

� Dimenzije - veliki, mali, mikrosustavi

� Veliki definirani kao veći od 30 MW, najveće HE:

Itaipu (Brazil i Paragvaj), rijeka Parana, jezero 170x7 km, 196 m visoka brana, snaga 18x700 MW (+2x700 MW u izgradnji), 75 TWh godišnje

The Three Gorges (tri klisure) u Kini, rijeka Yangtze, jezero 640x1.6 km, 175 m visoka brana, snaga 26x700 MW, izgradnja predviñena do 2009., potopit će se 160 gradova, 1500 sela (preko milijun ljudi)

� Mali sustavi definirani od 100 kW do 30 MW, dovoljno npr. za potrebe industrije i manjih gradova. U Hrvatskoj instalirano ukupno 10 MW.

� Mikrosustavi definirani do 100 kW, u porastu, ekološki prihvatljivo.


84

MW sada planirano

Tip:A – lukE – zemljom ispunjenaG – gravitacionaR – stijenjem ispunjenac - značajan dio volumena jezera je prirodan

Velike HE

Najveće betonske brane - visina

Najveće brane -visina

Najveće brane –volumen materijala

Najveće akumulacije – volumen vode

Najveće HE - snaga

85

• Način izvedbe HE osim hidroenergetskog iskorištenja cijelog vodotoka i navedenih drugih uvjeta, ovisi još i o topografskim i geološkim prilikama i o pogonskim zahtjevima koji se postavljajupostrojenju.

• Izbor tipa hidroelektrane ovisi o nizu faktora koji utječu na racionalnu i ekonomičnu izgradnju postrojenja, pa je nemoguće navesti pravila za izbor tipa postrojenja, te svaki konkretni slučaj traži specifično rješenje.

• S obzirom na izvedbu, hidroelektrane možemo podijeliti na dvije velike skupine: - pribranske hidroelektrane i - derivacijske hidroelektrane.


86

Pribranske hidroelektrane imaju strojarnicu:- smještenu uz branu, - smještenu unutar same brane ili - je strojarnica izvedena kao dio brane.

• U svim tim slučajevima postaje nepotreban dovod, vodna komora i odvod, a zahvat i tlačni cjevovod predstavljaju dio brane, odnosno strojarnice. Tu se mogu razlikovati dva krajnja slučaja:

1. Strojarnica zamjenjuje dio brane (tu spadaju obično elektrane na velikim rijekama sa širokim koritom, kod kojih se radi o malom padu, pa brana ima razmjerno malu visinu) i

2. Strojarnica se nalazi u samoj brani ili u neposredno uz podnožje brane (u slučaju HE na vodotocima s uskim koritom.


Strojarnica zamjenjuje dio brane (HE Birsfelden na Rajni)

Strojarnica u brani (HE L'Aigle na rijeci Dordogne u Francuskoj)



Smještaj agregata u stupovima brane (HE Vuzenica na Dravi)

• Jedno je od mogućih rješenja da se – kad je pad malen –svaki od agregata postavi u jedan stup brane, pa se na taj način dolazi do onoliko odvojenih strojarnica koliko ima agregata.

89

Ukopana strojarnica (HE Vinodol)

• Derivacijske HE imaju po pravilu sve dijelove

• S obzirom na dovod dijelimo ih na: - HE s tlačnim dovodom i - HE s gravitacijskim dovodom

• Dalje se mogu razlikovati: - HE sa strojarnicom na

otvorenom i - HE s ukopanom

strojarnicom.


90

Shema crpno-akumulacijskihhidroelektrana

•

1 – donji bazen 2 – gornji bazen3 – generator4 – turbina 5 – crpka 6 – cjevovod 7 – zapornica8 – električna mreža

• Crpno-akumulacijske HE su postrojenja koja za proizvodnju električne energije upotrebljavaju vodu pumpanjem akumuliranu u neki akumulacijski bazen.


• Razlikuju se crpno-akumulacijske hidroelektrane - s dnevnim akumuliranjem vode i - sa sezonskom akumuliranjem vode.

• U prvom slučaju voda se pumpa preko noći, koristeći se za to energijom iz protočnih hidroelektrana ili iz termoelektrana s niskim specifičnim troškovima za gorivo, da bi se akumuliranavoda iskoristila u vrijeme maksimalnog opterećenja tijekom dana.

• U drugom slučaju, voda se pumpa u kišnim razdobljima godine kad se pojavljuju viškovi energije u hidroelektranama ili kad su ekonomične termoelektrane slabo iskorištene; akumulirana se voda koristi u sušnom periodu godine.


92

Presjek crpno-akumulacijske hidroelektrane


• Dnevno akumuliranje vode primjenjuju se u prvom redu u EES u kojima su dominantne termoelektrane, jer se u sustavima sa znatnim udjelom hidroenergije pokrivanje opterećenja u sušnim razdobljima može ekonomičnije riješiti većom instaliranomsnagom hidroelektrana.Sezonsko akumuliranje, pak, koristi se u svim EES.

• Izgradnja crpno-akumulacijskih hidroelektrana može biti naročito povoljna ako je visina pumpanja (crpljenja) manja od pada na kojem se koristi akumulirana voda. Stupanj djelovanja pump-no-akumulacijske hidroelektrane, ako se pumpanje i korištenje vode vrši izmeñu istih nivoa, iznosi naime samo 50 - 60%, ovisno o padu.

• Crpno-akumulacijske HE vrlo su pogodne, osim toga kao rezerva u sustavu TE.


94

• Elektrane koje koriste energiju plime i oseke za pogon turbina predstavljaju posebnu vrstu HE.

• Za energetsko iskorištavanje plime i oseke potrebno je odabrati pogodan zaljev ili ušće rijeke na obali na kojoj se javljaju velike amplitude plime i oseke (7 – 12m), na kojem postoji mogućnostizgradnje brane i gdje je dovoljno veliki akumulacijski bazen.

• Postrojenja s jednostrukim iskorištenjem. Najjednostavniji način korištenja energije plime i oseke postiže se sustavom jednog bazena i turbinama koje rade samo u jednom smjeru strujanja. U slučaju prikazanom na slici bazen se puni za vrijeme plime kroz zapornice, a prazni za vrijeme oseke kroz turbine.

• Razlika nivoa izmeñu bazena i morske površine energetski se koristi samo za vrijeme oseke.


Shema korištenja energije plime i oseke; sistem jednog bazena s turbinama koje iskorištavaju strujanje samo u jednom smjeru

• Umjesto toga mogao bi se puniti bazen za vrijeme plime prolazom vode kroz turbine, a prazniti ga za vrijeme oseke kroz zapornice, ali tada je moguća proizvodnja nešto manja. To je zbog toga što obale bazena nisu okomite, pa za slučaj energetskog korištenja za vrijeme oseke uz istu količinu vode turbine rade kroz dulje vrijeme s većim padom nego u slučaju korištenja za vrijeme plime.


96

• Razlikuju se četiri faze pogona:

1. U prvoj fazi, za vrijeme plime, bazen se puni kroz zapornice.

2. Nakon što je postignuta maksimalna razina u akumulacijskom bazenu, zatvaraju se zapornice i kroz izvjesno vrijeme održava

se bazen pun (druga faza).

3. U trećoj fazi pogona stavljaju se u pogon turbine, voda kroz njih otječe iz bazena u more dok se ne postigne minimalni pad uz koji još mogu raditi turbine.

4. Nakon toga pogon turbina se obustavlja (četvrta faza), zapornice još ostaju zatvorene dok se ne izjednači razina u bazenu s razinom mora, a onda ponovo počinje punjenje bazena.

97

Način rada elektrane s jednim bazenom i jednosmjernom turbinom


98

• Postrojenja s dvostrukim iskorištenjem.

Radi produljenja trajanja pogona i da bi se bolje iskoristilaenergija plime i oseke, može se korištenje protegnuti i za vrijeme plime i za vrijeme oseke.

Takav pogon može se postići jednim bazenom, ali postavljanjem turbina koje mogu iskoristiti strujanje vode u oba smjera. U tom slučaju – pored toga što čini teškoće izgradnja turbina koje mogu koristiti vodu što protječe jedanput u jednom a drugi put u drugom smjeru - ne može se postići punjenje bazena do kota koje odgovaraju maksimumu plime, kao što je to moguće u slučaju jednostrukog korištenja, jer bi tada trebalo ranije prestati s pogonom turbina.

Da bi se ta mana dvostrukog korištenja smanjila, turbina se upotrebljava istodobno i kao agregat za crpljenje.


• Turbine počinju radirti kao crpke u trenutku kad je izjednačena razina u bazenu s razinom mora (točka A’ na slici) i pumpaju (crpe) dok se ne postigne unaprijed utvrñena razina, koja ne mora biti jednaka s maksimumom plime ili oseke.

• U razdoblju crpljenja pumpa povisuje razinu u bazenu (A’ – B'), a za vrijeme pražnjenja snižava razinu u bazenu (A”- B”). Za takav pogon potrebni su agregati koji mogu raditi i kao dvosmjerne turbine i kao dvosmjerne crpke.


100

Način rada elektrane s jednim bazenom, dvosmjernom turbinom i dvosmjernim crpkama


• Korištenje agregata za pumpanje donosi energetske koristi, jer se crpljenje vrši pri malim razlikama razina, a tako akumulirana voda koristi se na većem padu, odnosno, crpljenjem na maloj visini postiže se sniženje razine u bazenu, pa se i na taj način povećava pad korištenjavode.

• Pri jednostrukom korištenju moguće je skratiti obustavu proizvodnje energije time što se izgrade dva postrojenja – koja mogu biti jedno od drugog udaljena, ali rade u istoj mreži – od kojih jedno radi za vrijeme plime, a drugo za vrijeme oseke.

• Kakav god sustav za korištenje energije plime i oseke odabrali, neće biti moguće postići proizvodnju s konstantnom snagom i bez prekida pogona, što ukazuje na to da su za zadovoljenje potreba potrošača pored takvih elektrana potrebne još i dopunske elektrane.

•To se može postići bez poteškoća uključivanjem elektrana koje koriste plimu i oseku u veliki EES čija je snaga nekoliko puta veća od snage tih elektrana.


102

• Moguća proizvodnja energije u elektranama koje kao pogonsko sredstvo koriste plimu i oseku proporcionalna je površini bazena koji se dobiva izgradnjom brane i kvadratu amplitude plime.

• S druge strane, najveći dio troškova za izgradnju takve elektrane otpada na branu. Ekonomična izgradnja takvih elektrana moguća je, dakle, na obalama na kojima je moguće s relativno malim sredstvima pregraditi zaljev ili uvalu dovoljno velike površine.

• Primjer: Prvo (i zasad jedino) takvo postrojenje, u kojem se iskorištava energija plime i oseke izgrañeno je u ušću rijeke La Rance kod St. Maloa u Francuskoj. Najveća amplituda plime na mjestu brane LaRance iznosi 11,1 m. Postavljeno je 38 agregata po 9000 kW, a godišnja proizvodnja iznosi 590 GWh. Turbine su izrañene za dva smjera strujanja vode, a mogu raditi i kao crpke takoñer za dva smjera strujanja. Turbine mogu raditi s padovima od 11 do 5,5 m i koristiti protok od 100-270 m3/s svaka, broj okretaja je 88,2/min. Maksimalna visina dizanja – za vrijeme pumpanja – iznosi 6 m.


La Rance, France.

104

2.4. Karakteristike hidroelektrana


• Karakteristike hidroelektrana dijelimo u četiri grupe:

1. Hidrološke karakteristike vodotoka na zahvatu za HE,2. Karakteristike akumulacije i pada,3. Energetske karakteristike i4. Ekonomske karakteristike.


106

2.4.1. Hidrološke karatkeristike HE

• Hidrološke karakteristike hidroelektrana su: - veličina protoka, - raspored protoka i - trajanje protoka.

• Mogućnost proizvodnje u HE ovisi o količini vode koju donosivodotok, pa je poznavanje te količine po veličini i po vremenskomrasporedu od osnovne važnosti za projektiranje i pogon HE.

• Količina vode u vodotoku i vremenski raspored tih voda ovisi o nizu utjecaja (o oborinama, sastavu i topografiji zemljišta, temperaturi zraka, biljnom pokrivaču i dr.), pa kao osnova za

utvrñivanje količine voda mogu poslužiti samo svakodnevna mjerenja količine vode.


Konsumpcijska krivulja za profil Gordunska

Mlinica na rijeci Cetini

• Mjerenja se provode pomoću vodokaza, na kojima se očitava visina nivoa vode (vodostaj). Pomoću vodostaja (u cm) može se iz tzv. konsumpcijske krivulje očitati protok vode ( u m3/s).

• Konsump. krivulja konstruirana je natemelju posebnih mjerenja, a ovisna je o obliku korita na mjestu vodokaza.


108

• Na osnovi odreñenih (srednjih) dnevnih protoka Q (m3/s) može se nacrtati godišnja krivulja protoka (krivulja a), u kojem su kronološki poredani protoci.

• Pomoću podataka o dnevnim protocima mogu se odrediti srednji desetodnevni protoci (dekadni protoci), srednji mjesečni protoci i, konačno, srednji godišnji protok.

• Svi ti srednji protoci odreñeni su kao aritmetičke sredine dnevnih protoka u promatranom razdoblju.

• Ako se nacrta i dijagram u kojem su dnevni protoci uneseni redom po veličini od najvećeg do najmanjeg, dobiva se krivulja trajanja protoka (krivulja b).


Godišnji dijagram protoka rijeke Krke kod Skradinskog Buka 1947.a) krivulja protoka; b) krivulja trajanja protoka


110

• Integriranjem godišnjeg dijagrama protoka ili krivulje trajanja protoka (što daje isti rezultat) dobiva se volumen vode (V0) koji je protekao kroz promatrani profil u promatranoj godini. (pri tome kao apscisu treba uzeti protekli broj sekunda).

• Srednji godišnji protok može se tada izračunati prema formuli:

(m3/s) (2.27)

gdje je V0 volumen u m3, a 31,54⋅106 broj sekunda u godini.

• Promatranje protoka u samo jednoj godini može dovesti do krivih zaključaka o količinama i rasporedu voda u promatranom vodotoku, pa je potrebno promatranje protoka protegnuti na dulji vremenski period.

6

0

1054.31 ⋅=

VQs


• Postoje i krivulje trajanja protoka za pojedina razdoblja u godini (zimu i ljeto ili sušni i kišni period), ili krivulje trajanja za pojedine mjesece.

• Ako se želi nacrtati krivulja trajanja npr. za mjesec siječanj, uvažit će se podaci za sve siječnje u promatranom razdoblju.


112

2.4.2. Karakteristike akumulacije i pada

• Karakteristike akumulacije i pada su: - volumen akumulacijskog bazena (geometrijski i korisni)- energetska vrijednost akumulacijskog bazena i- pad

• Geometrijski volumen akumulacijskog bazena

Ukupni volumen vode koji se može spremiti izmeñu tla na dnu i najviše razine vode u akumulacijskom bazenu.

Normalno se ne koristi sav raspoloživi volumen akumulacije, jer se za male volumene akumulirane vode naglo smanjuje pad, pa to dovodi do znatnog smanjenja snage, a s time i proizvodnje, pa je šteta od toga veća nego dobitak od iskorištenja tog malog volumena akumulirane vode.


• Korisni volumen akumulacijskog bazena

Volumen vode koji se može spremiti izmeñu najviše i najniže razine u normalnom pogonu; to je i volumen koji se koristi u normalnom pogonu.

Najniža razina pri tom ne mora biti jednaka najnižoj razini za slučaj pražnjenja radi pregleda i popravka. Za energetskarazmatranja od naročite je važnosti korisni volumen akumulacij.bazena; samo on ima utjecaja na reguliranje protoka.

Da bi se karakterizirao korisni volumen s obzirom na HE, uvodi se vrijeme trajanja pražnjenja akumulacijskog bazena. To je minimalno vrijeme potrebno da korisni volumen istječe kroz turbine, pretpostavljajući da za to vrijeme nema dotoka u akumulaciju.


114

Prema tome:- protočnom HE smatra se hidroelektrana čiji se akumulacijski

bazen može isprazniti za manje dva sata; - za pražnjenje bazena HE s dnevnom akumulacijom potrebno je

od 2 sata do 400 sati, - za pražnjenje bazena HE sa sezonskom akumulacijom potrebno

je više od 400 sati.

Korisni volumen može se prikazati i kao relativni volumen u odnosu na ukupni volumen vode koji tijekom godine dotječe u akumulaciju.


• Pored toga, akumulacijski se bazen karakterizira energetskom vrijednošću.

To je ona količina električne energije koja bi se proizvela u promatranoj HE i u svim nizvodnim HE kad bi se ispraznio korisni volumen bez dotoka vode u bazen i bez gubitka vode.

• Što se pada tiče, u hidroelektrani razlikuju se:

- Prirodni ili bruto-pad Hb (razlika izmeñu razine vode na zahvatu (gornje vode) i razine vode nakon povratka u korito ili na kraju odvoda (donje vode) – to je pad koji nam pruža priroda)

- Korisni ili neto-pad Hn (zbog gubitaka u zahvatu, dovodu, tlačnom cjevovodu i odvodu na ulazu u turbinu stoji na raspolaganju tlak koji je, mjeren u metrima stupca vode (m.s.v.),manji od prirodnog pada).


116

• Bruto-pad i neto-pad nisu konstantni (na bruto pad utječu promjene razine donje i gornje vode, na neto pad dodatno ipromjena gubitaka).

Ovisnost razine gornje Hg

i donje vode Hd o protoku Q

Promjene razine gornje vode mogu nastati zbog preljeva velikih voda preko brane, do čega dolazi kad se sva suvišna voda ne može propustiti kroz ispuste. U ovom slučaju razina gornje vode ovisi o protoku, ali samo za Q >Q’ koji ovisi o kapacitetu ispusta i o veličini izgradnje HE (maksimalnom protoku kroz turbinu).


• U pribranskim i u akumulacijskim HE s tlačnim dovodom bruto-pad, a prema tomu i neto-pad, ovisi o volumenu akumulirane vode (A). Ta se ovisnost prikazuje krivuljom Hb = f (A).

Ovisnost bruto-pada Hb o volumenu akumulirane vode A


118

• Za promatranu HE maksimalan bruto pad odreñen je ukupnim volumenom akumulacije, a minimalni bruto pad korisnim volumenom akumulacije.

• Promjene razine donje vode ovisne su o količini vode koja protječe koritom rijeke na kraju odvoda, i to bez obzira na to da li voda dotječe koritom mimo HE ili kroz turbine HE.

• Razina donje vode raste s povećanjem protoka, a oblik krivulje ovisi o profilu korita.

• Razlikom razina odreñen je bruto pad.

• Najveći bruto pad pojavljuje se u doba najmanjih protoka (Qmin), tj. kad je razina donje vode najniža.


• Promjena pada ima veliki utjecaj na snagu i moguću proizvodnju HE malog pada (do oko 50 m); u HE većeg pada ta promjena često se može zanemariti.

• Da bi se odredio neto-pad, treba od bruto pada odbiti gubitke u svim dovodnim organima.

• Gubici pada približno su proporcionalni kvadratu protoka; oni su to veći što je duljina dovodnih organa veća i što je površina presjeka tih organa manja.

• Dovodni organi u HE malog pada su obično kratki, pa u tim HE odlučujući utjecaj na promjenu neto pada ima promjena bruto pada, dok u HE velikog pada promjenu neto pada u najvećoj mjeri izazivaju gubici u dovodima.


120

2.4.3. Energetske karakteristike HE

• Snaga koju hidroelektrana daje na priključcima generatora:

[W] (2.28)

gdje je: Q protok koji dotječe turbinama, Hn neto-pad koji stoji na raspolaganju, ηt i ηg su stupnjevi djelovanja turbina odnosno generatora, ρ = 1000 kg/m3 gustoća vode.

• Stupnjevi djelovanja i turbine i generatora ovise o opterećenju i broju agregata u pogonu. Na slici je prikazana promjena stupnja djelovanja s protokom.


ρηη ⋅⋅⋅⋅⋅= gtnHQgP

121

Stupanjdjelovanja HE

• Stupanj djelovanja pri optimalnom opterećenju u modernim HE iznosi i do 90 %. Prosječan je stupanj djelovanja korištenja potencijalne energije vode niži i iznosi za veća postrojenja približno 80%, a za manja postrojenja približno 75%.


122

• Za odreñivanje snage kad nisu poznati stupnjevi djelovanja može se upotrijebiti približna formula:

(2.29)

• Vrijednost veličine ovisi o snazi agregata u HE, i o jedinicama u kojima su izraženi P, Q i Hn . Za veće HE s agregatima snage P > 1 MW, aproksimativni izraz glasi:

(4.54)

(P u kW, Q u m3/s i Hn u m)

• Za HE s agregatima manje snage je k < 8. Veličine k obično se odreñuju linearnom interpolacijom uz pretpostavku da je k = 7,5

za elektrane s agregatima snage P = 1 MW.

nkQHP =

nQHP 8=


• Mogućom dnevnom ili godišnjom proizvodnjom HE naziva se ona količina energije koja bi hidroelektrana mogla proizvesti s obzirom na protoke, pad, stupanj djelovanja i veličinu izgradnje.

• Pored toga se hidroelektrana karakterizira mogućom srednjom godišnjom proizvodnjom (GWh), koja je odreñena kao aritmetička sredina mogućih godišnjih proizvodnja u promatranom, što duljem, nizu godina.

• Pri odreñivanju raspoloživog dotoka vode treba uzeti u obzir:- postojanje vlastite akumulacije, - postojanje akumulacije u uzvodnim hidroelektranama. - eventualne potrebe vode za plovidbu, poljoprivredu i sl.


124

•Pri odreñivanju moguće proizvodnje treba pretpostaviti:- da su svi dijelovi postrojenja sposobni za pogon, - da ne postoje ograničenja u mogućnosti preuzimanja energije, - da ne postoje ograničenja proizvodnje zbog utjecaja mreže

(rezerva, proizvodnja jalove snage, regulacija frekvencije i sl.).

• Stvarna proizvodnja HE po pravilu je niža od moguće proizvodnje, uglavnom (u nekim razdobljima godine i dana) zbog toga što je mogućnost proizvodnje veća od potražnje potrošača.

• Za odreñivanje moguće proizvodnje najzgodnije je protok prikazati pomoću krivulje trajanja protoka. Površina ispod te krivulje prikazuje volumen vode (V) koji stoji na raspolaganju:

(2.30)

gdje je t trajanje protoka.∫=Q

tdQV0


Odreñivanje iskoristivog volumena vode

• Iskorištenje vode ograničeno je veličinom izgradnje HE Qi.

To je maksimalni protok koji se može koristiti u HE pri normalnom pogonu uzimajući u obzir sve dijelove postrojenja.

Odreñenoj veličini izgradnje odgovara, dakle, iskoristivivolumen vode Vi (prikazan površinom OABt0):

(2.31)∫ ⋅=iQ

i dQtV0


126

• Kada se poznaje iskoristivi volumen (Vi), moguće je odrediti i srednji iskoristivi protok:

[m3/s] (2.32)

Vi u m3, 31,54⋅106 broj sekundi u godini

• Srednji iskoristivi protok (Qsi) manji je od srednjeg protoka vodotoka (Qs), a njihov omjer α daje stupanj iskorištenja vode vodotoka:

(2.33)

• Kao prva aproksimacija može se odrediti moguća proizvodnja uz pretpostavku konstantnog stupnja djelovanja - pomoću veličine k u relaciji (2.29) - i konstantnog neto pada.

6

0 1054,31 ⋅== ii

si

V

t

VQ

0V

V

Q

Q i

s

si ==α


•Tada je srednja snaga hidroelektrane:

(2.34)

Moguća godišnja proizvodnja u kWh:

(2.35)

• Moguća proizvodnja može se odrediti i pomoću iskoristivog volumena. Koristeći se jednadžbom (2.32) dobije se:

(2.36)

ili za k = 8: (W u kWh, Vi u m3, Hn u m) (2.37)

s si nP k Q H= ⋅ ⋅

8760 si nW k Q H= ⋅ ⋅ ⋅

3600

n ik H VW

⋅ ⋅=

450

in VHW

⋅=


128

• Za promatrano postrojenje moguća proizvodnja uz zadani način korištenja HE ovisi samo o veličini izgradnje. Povećanjem veličine izgradnje raste i moguća proizvodnja, ali to sporije što je veličina izgradnje veća.

Ovisnost moguće proizvodnje W o veličini izgradnje Qi


2.4.4. Ekonomske karakteristike HE

• Meñu ekonomske pokazatelje značajne za hidroelektrane ubrajaju se: - troškovi izgradnje i - proizvodna cijena električne energije.

• Pod troškovima izgradnje HE razumijevaju se troškovi investicija za sve objekte od zahvata do odvoda, uključivši odštete za eventualno poplavljeno zemljište i domove, za premještanje cesta i sl.

• Troškovi izgradnje ovise o veličini izgradnje HE. Ta se ovisnost može aproksirati pravcem:

(2.38)

gdje su A i B1 konstante koje ovise o tipu HE, o duljini dovoda i odvoda, o izvedbi i veličini brane i ostalih dijelova postrojenja, te o padu.


1 iI A B Q= +

130

• Omjer izmeñu troškova izgradnje i moguće godišnje proizvodnjenaziva se specifičnim investicijama po jedinici energije (novčanih jedinica/kWh):

(2.39)

• Veličina iW daje neki uvid u ekonomičnost HE, ali usporedba HEsamo s obzirom na tu veličinu može dovesti do krivih zaključaka.

• Troškovi izgradnje HE mogu se prikazati i u ovisnosti o instaliranoj snazi. Tada su investicije odreñene izrazom:

(2.40)

Tu je A ista konstanta kao u jednadžbi (2.38), a B je odreñen izrazom B = B1/kHn, u kojem je k konstanta iz jednadžbe za izračunavanja snage iz pada i protoka (2.24), a Hn neto-pad.

1 iW

A B QIi

W W

+= =

iI A B P= + ⋅

131

• Specifične investicije po jedinici instalirane snage (n.j./kWh) dobiju se dijeljenjem izraza (2.40) s Pi:

(2.41)

• Specifične investicije po jedinici instalirane snage s povećanjem instalirane snage postaju sve manje, pa usporedba HE s obzirom na specifične investicije po jedinici snage nema smisla. To pogotovo vrijedi u slučaju relativno velikih veličina izgradnje, kod kojih njihovopovećanje donosi neznatno povećanje moguće proizvodnje, a znatnopovećanje specifičnih investicija po jedinici energije.

• Proizvodna cijena energije u hidroelektrani proporcionalna je specifičnim investicijama, jer su i troškovi proizvodnje proporcionalni investicijama.

U HE praktički nema troškova koji su ovisni o količini proizvedene el. energije, već su svi troškovi stalni, bez obzira na količinu energije koju elektrana proizvodi.

P

i

Ai B

P= +

132

• Proizvodna cijena energije, dakle, jednaka je:

(2.42)

gdje je a konstanta (npr. 0,10) s kojom treba množiti investicije da se dobiju godišnji troškovi (amortizacija, kamate na osnovna sredstva itd.), a W moguća proizvodnja hidroelektrane.

• O prilikama u EES ovisi koliko će energije biti stvarno moguće proizvestiu promatranoj HE. Ako se s ß ≤ 1 označi omjer izmeñu stvarne proizvod-nje Ws i moguće proizvodnje W, proizvodna cijena energije će iznositi:

(2.43)

• Omjer ß nije za cijelo vrijeme rada HE konstantan; on je obično najmanji neposredno nakon izgradnje elektrane, pa se povećava s povećanjem potrošnje u EES.

0

aIc

W=

0c aIc

Wβ β= =

133

2.4.5. Prilagoñavanje HE opterećenju

• U pogledu prilagoñavanja opterećenja elektrana dijagramu opterećenja postoji znatna razlika izmeñu HE i TE.

• Akumulacijske HE s tlačnim dovodom mogu se prilagoditi promjenama opterećenja brzinom koja je jednaka brzini djelovanja regulatora turbine, praktički trenutno.

• Za trajanje povećanja opterećenja akumulacijske HE s gravitac. dovodom nije, meñutim, dovoljno samo otvarati dovod vode pred turbinom, već treba otvarati i zaporne organe na ulazu. Da bi se dakle, postiglo povećanje opterećenja u HE, potrebno je bar toliko vremena koliko treba da voda stigne od zahvata do turbine. To praktički vrijedi i za smanjenje opterećenja, ako se ne želi da

doñe do preljeva na vodostanu.


134

• Granicu povećanja opterećenja u akumulacijskim HEpredstavlja maksimalna snaga, koja ovisi o raspoloživom padu u promatranom trenutku, a ne ovisi o dotoku u akumulac. bazen.

• Koliko dugo može HE raditi s maksimalnom snagom ovisi o veličini izgradnje, o dotoku i o volumenu akumulacije, a koliko dugo treba, ako uopće treba, raditi s maksimalnom snagom, to ovisi o njezinoj ulozi u EES.

• U protočnoj hidroelektrani maksimalna snaga odreñena je i dotokom i raspoloživim padom; turbinama se, naime, ne smije dovoditi više vode nego što dotječe, jer bi u tom slučaju gornja razina vode pala, pa bi turbina ostala bez vode. Tehnički je, dakako, moguće i rad protočne HE prilagoditi potrebama, ali svako odstupanje od snage koja odgovara dotoku dovodi do gubitaka vode.


• Ni u akumulacijskoj ni u protočnoj hidroelektrani nema tehničkih poteškoća za obustavljanje i ponovno stavljanje u pogon.

• Ograničenje brzine stavljanja u pogon, odnosno obveza propuštanja odreñenih količina vode, može biti posljedica obvezaprema nizvodnim korisnicima.


136

2.5. Hidroenergetski potencijal u svijetu i HR


Hidroenergetski potencijalHidroenergetski potencijal


Teorijski potencijalTeorijski potencijal TehniTehniččki potencijalki potencijal

138

Hidroenergetski potencijal Hidroenergetski potencijal –– iskoriiskoriššteno u HEteno u HE


TehniTehniččki ki iskoristiv iskoristiv potencijalpotencijal

Ukupna Ukupna instalirana instalirana snaga HEsnaga HE

Proizvodnja Proizvodnja el.en. u HE el.en. u HE

u 1998.u 1998.

%%

139

Proizvodnja HE po zemljama 1998.Proizvodnja HE po zemljama 1998.GWhGWh


140

HrvatskeHrvatske elektraneelektrane u 1998. u 1998. -- snagasnaga

Raspoloživa snaga na pragu

(MW)

Konvencionalne termoelektrane

Dizelske elektrane (MVA)NE Krško, 50%

Ukupno TE

Akumulacijske HEProtočne HE

Male HE

Ukupno HE

Industrijske elektrane

1231.5

52.3316.0

1599.8

2074.4

1694.1

15.8

364.5

242.0


HrvatskeHrvatske elektraneelektrane u 1998. u 1998. -- udioudio

(ne)raspoložive snage hrvatskih elektrana(650 MW neraspoloživo izvan Hrvatske - TE Obrenovac, TE Tuzla, TE Kakanj i TE Gacko)

nerasp. izvan

Hrvatske

14,2%

Indust.

elektrane

6,0%

Male HE

0,4%

Prot. HE

7,9%

Konven. TE

26,8%Dizelske

elektrane

1,1%

NE Krško

6,9%

Akum. HE

36,7%


142

Protočne HE1695

Gubiciprijenosa444

Akumlacijske HE5419

Male HE76

Termoelektrane2521

Prozvodnja NE(za HEP) 2180

Dizelskeelektrane 1

Uvoz1796

Ukupna proizvodnja 11892

Ukupno raspoloživo 13688

Predano mrežom prijenosa 11614

Direktnipotrošači512

Isporuka distribuciji 11102

Izvoz1630

BilancaBilancaproizvodnjeproizvodnje zaza

19919988. (GW. (GWhh))

143

Hrvatska proizvodnja 1996Hrvatska proizvodnja 1996--20002000 (GW(GWhh))

ElektriElektriččna energijana energija


144 145

Hrvatski proizvodniHrvatski proizvodni kapaciteti kapaciteti –– 2001.2001.


146

Male hidroelektrane u Hrvatskoj

� Instalirana snaga do 5 (10) MW

� Prostorna disperziranost, mali padovi u nepristupačnim i slabo naseljenim područjima

� Tehnički iskoristivi energetski potencijal (177 MW)

100177100699UKUPNO

122147324Manje od 0,1

3156422960,5 - 0,1

16296421,0 - 0,5

12222171,5 - 1,0

29503205 - 1,5

Instal. snaga (%)

Instal. snaga (MW)

Broj poteza (%)

Broj potezaInstalirana snaga

(MW)


MaleMale HE uHE u pogonupogonuPrivatnePrivatne HEPHEP

Roški Slap – 2x886 kW, 6 GWh

Finvest 1 – 4x315 kW, 3,6 GWh

Finvest 2 – 30 kW, 0,14 GWh

12 objekata22 agregata4,9 MW

Stanje korištenja malih HE u HR

� Zanemaranepojednostavljenimvrednovanjem prekomale snage/energije

� Iskustvo i zakonska regulativa ozbiljna prepreka!

� Relativno, prema trendovima (Slovenija, Austrija,...) vrlo slabo iskorišten potencijal malih HE

20 objekata37 agregata68,3 MW

Privatne male HEPrivatne male HE

148

3. TERMOELEKTRANE3. TERMOELEKTRANE

3.1. Općenito o termoelektranama

3.2. Parne termoelektrane

3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane

3.4. Plinske termoelektrane

3.5. Osnovna energetska karakteristika termoelektrana


3.1. Općenito o termoelektranama


150

� Termoelektranama se nazivaju postrojenja u kojima se toplina pretvara u mehaničku energiju, a ova u električnu, bez obzira na to da li se koristi toplina dobivena izgaranjem fosilnih i drugih goriva, toplina geotermičkih izvora ili toplina dobivenanuklearnom fisijom.

� Termoelektrane mogu se podijeliti:- prema vrsti pogonskih strojeva, - prema načinu korištenja pare, - prema upotrijebljenom gorivu i - prema načinu hlañenja kondenzatora.

� Prema vrsti upotrijebljenih strojeva, razlikujemo:

1. Parne termoelektrane u kojima gorivo izgara u parnim kotlovima, a pogonski je stroj parna turbina;

2.Termoelektrane s plinskim turbinama u kojima je pogonski stroj plinska turbina;


3. Dizelske termoelektrane s dizelskim motorom kao pogonskim strojem;

4. Nuklearne termoelektrane u kojima nuklearni reaktor (s izmjenjivačem topline ili bez njega preuzima ulogu parnog kotla, a pogonski je stroj takoñer parna turbina;

5. Geotermičke termoelektrane u njima se para iz zemlje neposredno ili posredno (preko izmjenjivača topline)upotrebljava za pogon parne turbine.

� Prema načinu korištenja pare, termoelektrane u kojima se kao pogonski stroj upotrebljavaju parne turbine, možemo podijeliti na:

1. Kondenzacijske termoelektrane za proizvodnju samo želektrične energije i

2. Toplane i industrijske termoelektrane za kombiniranu proizvodnju električne energije i pare koja se upotrebljava za tehnološke procese i grijanje (kombinirana proizvodnja el. energije i pare može se ostvariti i s plinskim turbinama).


152

• Što se vrste goriva tiče:- u parnim TE mogu se koristiti čvrsta, tekuća i plinovita goriva, - u TE s plinskim turbinama tekuća i plinovita, - u dizelskim TE samo tekuća goriva.

• S obzirom na hlañenje (u kondenzatoru parne turbine, u hladionicima postrojenja s plinskim turbinama i dizelskim motorima) razlikuju se:- TE s protočnim hlañenjem i - TE s povratnim hlañenjem.


3.2. Parne termoelektrane


154

� Svi glavni dijelovi parne termoelektrane smješteni su u glavnoj pogonskoj zgradi:

1. Bunkeri ugljena, 2. Kotlovi, turboagregati, 3. Priprema vode (zagrijači, isparivači, otplinjači rezervoari pojne

vode) i pumpe za napajanje,4. Rasklopno postrojenje vlastitog potroška i 5. Toplinska i električna komanda.

� U neposrednoj blizini glavne pogonske zgrade smješteni su 1. Ureñaji za transport goriva i pepela i 2. Deponij pepela.

� Način istovara i transporta, te izvedba ureñaja ovisni su:- o vrsti goriva, - o načinu dopreme goriva i - o svojstvima goriva.


� U postrojenja termoelektrane spadaju i - postrojenja za dobavu vode (pumpne stanice), te - dovod i odvod vode.

� Ako je predviñeno povratno hlañenje, uz glavnu pogonsku zgradu smješteni su hladnjaci (tornjevi za hlañenje).

� Rasklopno postrojenje može se smjestiti:1. U glavnu pogonsku zgradu ako se radi o TE manje snage iz

koje se energija može razvesti vodovima napona do 35 kV, 2. Na otvorenom, obično tik uz glavnu pogonsku zgradu ako je

za prijenos potreban napon110 kV ili viši.

� Uz glavnu pogonsku zgradu postoje takoñer:- radionice za održavanje i sitnije popravke, - upravna zgrada.


156

Shematski prikaz procesa u parnoj termoelektrani. (Oznake A, A’, D, E odgovaraju oznakama na hs - dijagramima koji slijede)

• U parnoj termoelektrani ista se voda isparava u kotlu, nakon ekspanzije u turbini kondenzira u kondenzatoru i vraća u kotao gdje se ponovo ispari voda, dakle, prolazi kroz zatvoreni proces.


• Proces se može smatrati zatvorenim i kada se kondenzirana voda ne vraća u kotao, ili se ne vraća sva, jer se izgubljena voda

ohlañuje na temperaturu okoline, a tu istu temperaturu ima i voda kojom se nadoknañuje gubitak.


158

3.2.1. Parni kotao

� Parni kotao (generator pare) dio je energetskog, industrijskog ili toplinskog postrojenja u kojemu se toplina osloboñena izgaranjem goriva predaje vodi, te je pretvara u vodenu parukoja na izlazu iz parnog kotla ima odreñeni tlak i temperaturu.

� Riječ je, dakle, o izmjenjivaču topline koji je u početku razvitka bio grijana posuda djelomično napunjena vodom, pa odatle potječe naziv parni kotao. Danas se sve više upotrebljavaispravniji naziv: generator pare.

� Osnovne karakteristike parnog kotla dane su s tri glavna parametra koji se pokušavaju normirati, odnosno uklopiti u

odreñene granice:.1. Učin (kapacitet) D parnog kotla u (kg/s ili kg/h),2. Tlak p parnog kotla u (Pa ili bar) i 3. Temperatura pregrijane pare tpr u (°C ili K).

� Osim tih veličina bitna je značajka korisnost parnog kotla ŋgp.


Osnovni sklopovi parnoga kotla

� Principijelna shema parnog kotla prikazana je na slici:

Osnovna shema parnog kotla


160

� Para proizvedena u kotlu odvodi se do potrošača preko odvodnog ventila.

� Dovodni ureñaj na turbini tako se podesi da kroz njega struji potrebna količina pare koja je primjerena snazi što je razvija parna turbina.

� Tlak pare održat će se na konstantnoj vrijednosti samo ako je proizvodnja pare u kotlu upravo jednaka količini pare koja iz njega izlazi.

� Da bi tlak porastao, treba povećati isparavanje u kotlu, a to je moguće samo ako se poveća dovoñenje topline, odnosno dovod goriva.

� Isparavanjem i odvoñenjem pare smanjuje se količina vode u kotlu, pa se mora povremeno ili konstantno kotao napajati novom vodom. Napajanje se regulira tako da se razina vode ukotlu održava u odreñenim granicama, a nadzire se pomoću vodokaznog stakla koje djeluje na principu spojenih posuda.


� Cijev za napajanje dovodi vodu u kotao ili u razini ili iznad razine vode, da bi se spriječilo njezino otjecanje iz kotla ako zakaže sustav za napajanje.

� Ako bi kotao ostao bez vode, oštetile bi se njegove stjenke zbog njihova porasta temperature, jer ih voda više ne hladi. S istom svrhom u dovod za napajanje kotla ugrañuje se povratni ventilkoji sprečava istjecanje vode iz kotla.

� Sigurnosni ventil služi za ispuštanje pare iz kotla u okoliš ako tlak premaši odreñenu granicu, te mora biti tako dimenzioniran da može propustiti i maksimalnu količinu pare što ju možeproizvesti kotao.

� Na dnu kotla postavlja se ventil za odmuljivanje, jer voda u kotao donosi nečistoće, najčešće soli otopljene u vodi, koje se skupljaju na dnu jer ih para ne nosi sa sobom. Taj se ventil povremenootvara da se ispusti sakupljeni mulj kako bi gustoća vode u kotlu ostala u dopuštenim granicama.


162

� U parnim se kotlovima razlikuju četiri vrste ogrjevnih površina: 1. Ogrjevna površina isparavanja, 2. Pregrijač pare, 3. Zagrijač vode i 4. Zagrijač zraka.

� Ogrjevna površina isparavanja nalazi se u području najviših temperatura plinova izgaranja.

� Pregrijač pare smješten je neposredno uz ogrjevne površine isparivanja, pa se para pregrijava plinovima izgaranja koji su većdio topline predali vodi preko ogrjevne površine isparivanja.

� Već djelomično ohlañeni plinovi dodiruju se s ogrjevnim površinama zagrijača vode u kojemu se voda zagrijava prije ulaska u prostor isparivanja.

� Konačno, plinovi izgaranja prolaze kroz zagrijač zraka u kojemu se prije ulaska u ložište zagrijava zrak potreban za izgaranje goriva.


� Parni se kotao sastoji od slijedećih triju osnovnih skupina dijelova i opreme:

a)ložišta, tj. prostora za izgaranje goriva s potrebnom opremom za pretvorbu kemijske energije goriva u unutarnju energiju dimnih plinova;

b) sklopova izmjenjivača topline, odnosno ogrjevnih površina na kojima se unutarnja energija dimnih plinova prenosi na vodu i vodenu paru (zagrijači vode, isparivači vode, pregrijači pare i zagrijači zraka );

c) pomoćnih ureñaja koji čine sklop strojeva i opreme potrebnih za proizvodnju vodene pare, odnosno potrebnih za rad parnog kotla kao pogonske cjeline.

� Osnovni dijelovi parnog kotla su:

1. Prostor za izgaranje goriva (ložišna komora) parnog kotla sa svim ureñajima za dovod goriva i zraka i odvod dimnih

plinova;


164

2. Sustav izmjenjivača topline (tlačni dio parnog kotla i zagrijačzraka): isparivač;pregrijač pare; zagrijač vode (predisparivač); zagrijač zraka;

3. Pomoćni ureñaji u parnom kotlu;armatura parnog kotla (fina i gruba), nosiva čelična konstrukcija;ozid i izolacija;

4. Postrojenja ili ureñaji izvan parnog kotla; - postrojenje ili ureñaji za dovod goriva do parnog kotla; - postrojenje ili ureñaji za pripremu vode; - postrojenje ili ureñaji za napajanje vodom;

- postrojenje ili ureñaji za opskrbu zrakom; - postrojenje ili ureñaji za odvod i čišćenje dimnih plinova;

- postrojenje ili ureñaji za odvod pepela i troske; - postrojenje ili ureñaji instrumentacije, regulacije i automatike


Izvedbe parnih kotlova

• Osnovna razlika u izvedbi parnih kotlova sastoji se u načinu prolaza plinova izgaranja kroz kotao, tj. da li plinovi prolaze kroz cijevi okružene vodom ili oko cijevi u kojima je voda.

• Osnovne konstrukcije parnih kotlova:

1. Plamenocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje kroz cijevi oko kojih je voda,

2. Vodocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje oko cijevi u kojima je voda, i

3. Kombinirani kotlovi, gdje plinovi prolaze dijelom kroz plamene cijevi, a dijelom oko cijevi ispunjenih vodom.


166

Gorivo za parne kotlove� Za parne kotlove upotrebljavaju se

prirodna, oplemenjena ili umjetna gorivakoja pri normalnoj temperaturi mogu biti u čvrstom, tekućem ili plinovitom stanju.

� Prirodna goriva dobivaju se neposredno iz prirodnih nalazišta, kao npr. različite vrste ugljena, lignit, sirova nafta, zemni plin...

� Različitim postupcima mogu se iz prirodnih goriva odstraniti štetni sastojci i primjese, pa se tako dobiju oplemenjena goriva.

� Umjetna goriva su bilo primarni proizvod, bilo nusproizvod odreñenih tehnoloških procesa, kao npr. koks, sintetska tekuća

goriva, generatorski plin, itd.


� Sva se ta goriva meñusobno razlikuju prema ogrjevnoj moći i prema karakteristikama izgaranja.

� Ogrjevna moć goriva je količina topline koju odaje jedinica mase ili volumena goriva potpunim izgaranjem pod normalnim uvjetima. Za čvrsta i tekuća goriva izražava se u J/kg, a za plinovita goriva u J/m3 i ovisi o sastavu goriva i uvjetima izgaranja, pa za istu vrstu goriva može varirati u širokim granicama.

� U parnom kotlu sva voda i vlaga sadržana u gorivu ispari i nekondenzirana odlazi s dimnim plinovima u atmosferu. Zato se za goriva parnih kotlova uvijek računa s donjom ogrjevnom moći goriva Hd, za razliku od gornje ogrjevne moći Hg, koja je nešto veća jer uključuje i toplinu osloboñenu kondenzacijom vodene pare.


168

� Najvažnije karakteristike izgaranja goriva su:- zapaljivost, - brzina izgaranja, - temperatura i - svjetlosna jakost plamena.

Čvrsta goriva� Najvažnija čvrsta goriva za parne kotlove su ugljen i lignit, ali

se ponegdje kao gorivo upotrebljava i treset, a u posljednje vrijeme industrijski i gradski otpad.

� Osnovni sastav svih vrsta ugljena je čista goriva tvar (prvenstveno ugljik) i suvišne tvari. Iz rudnika se dobiva ugljen koji sadrži vlagu i pepeo kao balastne tvari.

� Sušenjem ugljena na normalnoj temperaturi od 15 – 25 °C i grijanjem na temperaturi od 106 ±2 °C dobiva se suhi ugljen.

� Za parne se kotlove u svakodnevnoj primjeni ugljen potpuno ne suši, nego samo do nekog odreñenog postotka vlage. Otklone li se iz ugljena pepeo i voda, ostane čista goriva tvar.


Podjela čvrstih fosilnih goriva:

1. Kameni ugljen: sadrži malo vlage, sadržaj pepela mu je različit uširokim granicama, a potječe iz starijih geoloških formacija. Prema plinovitom sadržaju razlikuju se podskupine kamenog ugljena:

a) plinski ugljen s plinovitim sadržajem od 35 – 50 %;

b) masni ili koksni ugljen s plinovitim sadržajem od 19 – 35 %;

c) mršavi ugljen s plinovitim sadržajem od 10 – 19 %.

2. Mrki ugljen: ima različit sadržaj vlage i pepela, a potječe iz novijih tercijarnih geoloških formacija, Plinoviti mu je sadržaj 50 – 60 %, mrke je strukture i sjajne površine loma.

3. Lignit. Ima veliki sadržaj vlage i pepela, najmlaña je vrsta ugljena s 50 – 70 % plinovita sadržaja i s vlaknastom drvenom strukturom.

4. Treset: najmlañe fosilno gorivo i ne može se smatrati ugljenom. Sastoji se od ostataka biljaka, a nastao je od tresišta (uz potpunu izolaciju od zraka).


170

Podjela ugljena

� Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadržaju hlapljivih sastojaka): antracit 10%, mršavi ugljen 11-14%, kovački ugljen 15-19%, masni ugljen 20 – 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni ugljen > 35 % hlapljivih sastojaka.


81 – 984 – 45do 1024 – 37,7Kameni ugljen

71 – 8046 – 5011 – 3012,7 – 23, 9Mrki ugljen

65 – 7051 – 6031 – 60do 12,6Lignit

Sadržaj ugljika [%]

Hlapljivi sast. [%]

Sadržaj vlage [%]

Ogrjevna moć[MJ/kg]

Vrsta ugljena

171

Podjela ugljena po nastankuPodjela ugljena po nastanku


172

LignitLignit


BituminozniBituminozni ugljen (mrki i kameni)ugljen (mrki i kameni)


174

AntracitAntracit


TresetTreset


176

Tekuća goriva� Tekuća prirodna goriva dobivaju se frakcijskim destilacijama

zemnog ulja (nafte) i iz uljnih škriljavaca, a tekuća umjetna goriva preradbom ugljena.

� Teške frakcije dobivene destilacijom nafte, tj. ulja za loženje ili mazuti, upotrebljavaju se danas kao osnovno gorivo u parnim kotlovima.

� Za inicijalno (početno) loženje parnog kotla upotrebljavaju se dizelska goriva i ostala laka goriva.

Plinovita goriva� Plin je idealno gorivo za parne kotlove, jer:- vrlo lako se dovede plinovodom do parnog kotla, - plinovito gorivo ima visoku ogrjevnu moć, - lako se stvara dobra mješavina plina i zraka za izgaranje uz gotovo teorijski pretičak zraka

- ureñaji za izgaranje (plinski gorionici) vrlo su jednostavni, izgaranje je potpuno, a temperature izgaranja su visoke,

- plinovito gorivo ne sadrži suvišnih tvari.


� Zemni plin ima 85 – 98 % metana (CH4), ~ 5 % teških ugljikovodika CxHy i donju ogrjevnu moć ~ 36.000 kJ/m3.

� Plin iz naftonosnih izvora ima visoku ogrjevnu moć od ~ 55.000 kJ/m3, jer sadrži veći udio teških ugljikovodika.

� Postoji mnogo umjetnih plinovitih goriva, npr. plin visokih peći, koksni plin, generatorski plin, vodeni plin i različite vrste plinova dobivenih rasplinjavanjem ugljena.

� Nafta i plin uglavnom se sastoje od tisuća parafinskih (alkalnih), naftenskih (cikloparafinskih) i aromatskih ugljikovodika. Meñusobno se

razlikuju po broju ugljikovih atoma, načinu vezivanja i zasićenosti vodikom.

CnH2n+2 parafinski ugljikovodici (lančane veze atoma ugljika)

CnH2n-2k naftenski ugljikovodici (prstenaste veze)

CnH2n-6k aromatski ugljikovodici (prstenaste veze)

Gdje je: n prirodan broj; k+1 broj prstenova ugljika


178

Nafta Nafta -- ““CrnoCrno zlatozlato””


FizikalniFizikalni uvjeti uvjeti izgaranjaizgaranja u lou ložžiišštutu●● Za vrijeme izgaranja u loZa vrijeme izgaranja u ložžiišštu parnog kotla gorivo prolazi kroz tu parnog kotla gorivo prolazi kroz ččetirietirifaze: faze:

1. S1. Suuššenjeenje, , 2. I2. Isplinjavanjesplinjavanje, , 3. R3. Rasplinjavanjeasplinjavanje i i 4. I4. Izgaranjezgaranje ččvrstog ugljika i plinovitih vrstog ugljika i plinovitih sastojaka.sastojaka.

●● KadKad gorivo sadrgorivo sadržži visok postotak vlage, za i visok postotak vlage, za susuššenjeenje je potreban je potreban velikvelik volumenvolumen loložžiiššta. Zato ta. Zato sese lignit i ostala otpadna biljna goriva lignit i ostala otpadna biljna goriva susuššee ili prije ili prije unounoššenjaenja u kotao ili u kotlu u kotao ili u kotlu zrazraččenjemenjem toplinetopline u komori u komori izgaranjaizgaranja..

●● Nakon suNakon suššenja gorivo enja gorivo isplinjujeisplinjuje i pri tom djelovanjem topline i pri tom djelovanjem topline lakohlapljivilakohlapljivi ugljikovodiciugljikovodici prelazeprelaze u plinovito stanje. Da se u u plinovito stanje. Da se u ššto to krakraććemem vremenu vremenu osiguraosigura potpuno potpuno rasplinjavanjerasplinjavanje i i izgaranjeizgaranje ččvrstih vrstih dijelovadijelova goriva, treba goriva, treba postipostiććii veliku razliku izmeñu brzine strujanja veliku razliku izmeñu brzine strujanja zrakazraka i i ččesticaestica goriva.goriva.


180

●● U zavrU završšnoj, noj, ččetvrtoj fazi, etvrtoj fazi, izgarajuizgaraju plinovi nastali isplinjavanjem i plinovi nastali isplinjavanjem i rasplinjavanjem. To je posljedica snarasplinjavanjem. To je posljedica snažžnog vrtlonog vrtložženja smjese enja smjese plinova i zraka, pobplinova i zraka, pobuñenog plamenomuñenog plamenom..Da bi se pojaDa bi se pojaččalo vrtloalo vrtložženje, izvode se posebne konstrukcije ili se enje, izvode se posebne konstrukcije ili se na poseban nana poseban naččin dodaje zrak. Ako gorivo sadrin dodaje zrak. Ako gorivo sadržži vei većću koliu količčinu inu hlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u lohlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u ložžiiššte dodatne kolite dodatne količčineinezraka (sekundarni zrak).zraka (sekundarni zrak). SadrSadržžaj pepela moaj pepela možže znatnoe znatno ometati ometati kemijske reakcije pa su potrebni ureñaji za odvoñenja pepela i kemijske reakcije pa su potrebni ureñaji za odvoñenja pepela i troske iz lotroske iz ložžiiššta.ta.

Tip loTip ložžiišštata ovisi o karakteristikama gorivaovisi o karakteristikama goriva koje koje ćće se upotrebljavati za e se upotrebljavati za loložženje parnog kotla.Te su karakteristike: enje parnog kotla.Te su karakteristike: -- ogrjevna moogrjevna moćć goriva, goriva, -- veliveliččina ina ččestica (zrnatost) estica (zrnatost) ččvrstog goriva, vrstog goriva, -- udio vlage u gorivu, udio vlage u gorivu, -- kolikoliččina plinovitih sastojaka, ina plinovitih sastojaka, -- kolikoliččina i sastav pepela i suviina i sastav pepela i suviššnih tvari i nih tvari i -- temperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri itemperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri izgaranju.zgaranju.


Tipovi ložišta i načini izgaranja goriva u ložištu

1. Ložišta za čvrsta goriva.• U ložištu parnog kotla čvrsto gorivo može izgarati na dva načina: - u sloju na rešetki ili - raspršeno u prostoru (ugljena prašina).

• Parni kotlovi s ložištem u kojemu na rešetki izgara čvrsto gorivo u slojuimaju maksimalni učin ograničen na 100 t/h, ali im je minimalni učinpraktički neograničen, tj. mogu raditi i u praznom hodu.

• Parni kotlovi s ložištem u kojemu raspršena ugljena prašina izgara uprostoru, grade se za velike učine, nikad manje od 30 t/h. U takvu seložištu ne može postići sigurno paljenje ugljene prašine ako opterećenjekotla padne ispod neke donje granice koja se zove tehnički minimumkotla, a ovisi o svojstvima ugljena.

• Ložišta za izgaranje čvrstog goriva u sloju imaju rešetku koja može biti nepomična ili je pokretana mehanički (najjednostavnija je ravna nepomična rešetka sastavljena od nepomičnih šipki izmeñu kojih su uži ili širi razmaci za dovod zraka)


182

• Postoje različite konstrukcije mehaničkih rešetki, a najčešći je tip lančana rešetka koja radi kao transportna traka.

Lančana rešetka. a – dovod ugljena, b – smjer kretanja rešetke, c – odvod pepela, d – dovod zraka


• Ložišta za izgaranje čvrstog goriva u prostoru.Smjesa sitno samljevene ugljene prašine i zagrijanog zraka ubacuje se u komoru izgaranja gdje se zapali zračenjem plamena i dimnih plinova koji zagriju zrak za izgaranje na visoku temperaturu (do 450 °C).Ako gorivo sadrži mnogo vlage i pepela (niska ogrjevna moć), dimni plinovi recirkuliraju. Ugljeni se prah mora zadržati u ložištu bar tako dugo koliko je potrebno da izgori njegova osnovna masa.

Ugljena se prašina može ubrizgavati u komoru izgaranja posredno ili neposredno.

• Pri neposrednom se ubrizgavanju ugljena prašina dovodi u komoru izgaranja izravno iz mlinova. To je konstrukcijski i pogonski najjednostavnije rješenje, a ujedno je i najjeftinije, ako sadržaj vlage u ugljenu nije visok i ako se troska odvodi u suhom stanju. U toku mljevenja, ugljen se istodobno suši. Zrak iz zagrijača zraka ili smjesa zraka i plinova izgaranja dovode se u mlin, odakle sa sobom odnose ugljenu prašinu kroz plamenike u komoru izgaranja. Potrebni pretlak za taj transport proizvode mlinovi ili posebni ventilatori.


184

• Ugljenu prašinu treba uvijek posredno ubrizgavati želi li se odvoditi troska u tekućem stanju, a ugljen sadrži više od 15 % vlage. Pri posrednom ubrizgavanju samljeveni ugljen sakuplja se u bunkerima ugljene prašine i iz njih se odvodi u kotao. To omogućuje da mlinovi rade samo povremeno, i to s punim opterećenjem, pa se smanjuje energija potrebna za mljevenje.


2. Ložišta za tekuća goriva• Ložišta za tekuća goriva mogu biti konstruirana za:- laka ulja, teška ulja, otpadna ulja,- vrlo teška ulja (mazut, C-ulje) i različite vrste lužina.

• Kao tekuće gorivo parnih kotlova velikog učina danas dolazi u obzir samo teško ili vrlo teško loživo ulje. Ta su ulja pri temperaturi okoliša toliko gusta da ih prije loženja treba ugrijati.

• Iz glavnog se spremnika pumpa dnevna potrebna količina loživog ulja u dnevni spremnik sposoban da primi goriva za 12 do 24 sata pogona.

• Loživo ulje u dnevnom spremniku grije se zasićenom vodenom parom na ~ 50 °C. Dnevni je spremnik obično postavljen dovoljno visoko da loživo ulje može gravitacijski proticati kroz filtre i dotjecati pumpama.

• Nakon što se pumpama povisi tlak, loživo se ulje zagrijava do ~ 150 °C, da bi se u plamenicima moglo fino raspršiti, ali i da bi isparili lako hlapljivi sastojci. Raspršivanjem se uljni mlaz pretvara u uljne kapljice.


186

• Prema načinu raspršivanja loživog ulja razlikuju se:- plamenici za tlačno raspršivanje i - plamenici za centrifugalno raspršivanje.

• Za tlačno raspršivanje loživo se ulje dovodi u plamenik pod tlakom 14 do 30 bara, pa se pomoću tangencijalnog ili spiralnog strujanja raspršuje i u fi-nim kapljicama ubrizgava u ložište.

• U plameniku za centrifugalno raspršivanje(rotacijski plamenik) ulje se gravitacijom dovodi kroz šuplju osovinu u prošireni dio gdje se zbog visokog broja okretaja (6000 – 7000 o/min) raspršuje.

1 – dovod ulja, 2 – razdjeljivač ulja, 3 – ventilator zraka za izgaranje, 4 – zaklopka za regulaciju zraka, 5 – rotirajući konus, 6 – zaštitni plašt plamenika


3. Ložišta za plinovita goriva• Kao plinovita goriva služe:- prirodni (zemni) plin ili - umjetni gorivi plinovi (gradski plin, koksni plin, plin iz visokih peći, itd.).

• Za kotlove velikog učina dolazi u obzir samo zemni plin.• Kad se postrojenju parnog kotla dovodi plin pod visokim tlakom ili u te-kućem stanju, potrebna je redukcijska stanica za sniženje tlaka plina.

• Zemni plin pod visokim tlakom i s niskim temperaturama treba zagrijati da bi se spriječilo kondenziranje ugljikovodika s niskom temperaturomisparivanja.

• Plin i zrak miješaju se izvan plamenika, a skretnikom se može usmjeravati mješavina plina i zraka, te skratiti plamen.

• Plin izlazi velikom brzinom kroz sapnice koje su ugrañene u sapnici za zrak, pa se tako postiže vrlo intenzivno miješanje i kratak plamen vrlo visoke temperature.

• Zbog izvanredno brze reakcije izgaranja zrak i gorivi plin čine vrlo eksplozivnu smjesu, pa su potrebni sigurnosni ureñaji koji sprečavaju eksploziju mješavine zraka i gorivog plina.

188

Plamenik za plin visoke ogrjevne moći. 1 – ulaz plina, 2 – ulaz zraka, 3 - razdjelna komora plina, 4 – razdjelna komora zraka, 5 – sapnice plina, 6 – izbušena glava sapnice, 7 – Venturijeve sapnice zraka, 8 – usmjerivač gorive smjese, 9 – prostor za miješanje plina i zraka, 10 – otvor za paljenje i nadzor

189

Voda za parne kotlove

� Sirova prirodna voda nikad se ne upotrebljava izravno u parnim kotlovima jer sadrži mehaničke nečistoće, otopljene soli i plinove.

� Napojna voda, koja se dovodi u kotao, i kotlovska voda, koja se nalazi u kotlu, moraju imati takva svojstva da bude sigurna i ekonomična proizvodnja tehnički čiste vodene pare, da se na ogrjevnim površinama u dodiru s vodom ili parom ne taloži kotlovski kamenac i da se ne pojavljuje korozija u sustavu voda – para.

� Svojstva napojne vode

Opći je zahtjev da napojna voda mora biti bistra i bezbojna, dakle bez plutajućih tvari i muteži, a to se lako kontrolira.

Korozija željeznih stijenki sprečava se održavanjem koncentracije kisika ispod dopuštene granice. Dosad nije zapažena korozija pri koncentraciji od 0,02 mg O2 po litri vode, a tu je granicu tehnički relativno lako ostvariti.

190

� O tvrdoći vode ovisi stvaranje kotlovskog kamenca koji se taloži na unutrašnje stijenke cijevi u kotlu. Kotlovac nastaje zagrijavanjem vode s otopljenim solima, različitih minerala. Taloženje kamenca, koji je vrlo dobar toplinski izolator, smanjuje prijelaz topline i povisuje temperaturu ogrjevnih površina, pa zbog toga popušta materijal i pucaju cijevi.

� Koncentraciju željeza i bakra u napojnoj vodi treba održati ispod dopuštene granice da bi se osigurala čistoća pare.

� Napojna voda mora biti kemijski neutralna ili slabo lužnata da se spriječi korozija koja bi nastala kad bi voda bila imalo kisela.

� Električna vodljivost je takoñer jedan od pokazatelja čistoće napojne vode. Ovisi o koncentraciji iona, pa za kemijski čistu vodu ona iznosi 0,05 S/cm.

� Permanganatski broj je mjera za udio organskih tvari u napojnoj vodi. Zbog većeg udjela organskih tvari voda se u kotlu pjeni i tada para sa sobom nosi čestice pjene i vode u pregrijač i turbinu.

� Udio ulja u napojnoj vodi mora biti u dopuštenim granicama, jer ulje u kotlu može na stijenkama stvarati tanke slojeve na koje se lijepe izlučne soli.

191

3.2.2. Parne turbine

� U parnim turbinama pojavljuje se dvostruka energetska transformacija:

a) unutarnje energije pare u kinetičku energiju ib) kinetičke energije pare u mehaničku energiju.

� Prva je transformacija posljedica ekspanzije pare visokog tlaka i temperature u nepomičnim kanalima ili sapnicama, odnosno u privodnom kolu ili statoru.

� Druga se transformacija obavlja u rotoru. Ponekad se tu provode obje transformacije - i u kinetičku i u mehaničku energ.

� Parne se turbine dijele prema:- smjeru strujanja pare, - djelovanju rotora s obzirom na ekspanziju pare, - sredstvima kojima se smanjuje broj okretaja i - visini tlaka na kraju ekspanzije.


192

� S obzirom na smjer strujanja pare razlikujemo:

1. Aksijalne turbine (para struji paralelno s osovinom) i 2. Radijalne turbine (okomito na osovinu).

Kad su snage male, radijalne imaju odreñenu prednost pred aksijalnim turbinama. Za veće snage izvode se samo aksijalne turbine (stoga su one danas najčešće).

� Prema djelovanju rotora s obzirom na ekspanziju pare, razlikuju se:

1. Akcijske parne turbine (turbine jednakog tlaka) u kojima para ekspandira samo u privodnom kolu, odnosno meñu lopaticama statora, pa je na objema stranama okretnog kola tlak jednak, i

2. Reakcijske parne turbine u kojima para ekspandira i meñu lopaticama statora i meñu lopaticama rotora. Zbog ekspanzije meñu lopaticama rotora, vladat će pred njim veći tlak nego iza njega. Taj pretlak, nazvan pretlakom raspora, uzrokuje potisak u smjeru strujanja pare, što valja kompenzirati pogodnom konstrukcijom.


� S obzirom na sredstva s kojima se smanjuje broj okretaja može se reći slijedeće:

Stupanj djelovanja pri transformaciji kinetičke energije u mehaničku ovisi o omjeru brzine vrtnje i brzine pare nakon ekspanzije. Danas se

za pogon turbina upotrebljava para visokog tlaka i temperature, što

omogućuje velike brzine nakon ekspanzije. Zato su potrebne velike brzine vrtnje. S obzirom na čvrstoću materijala i dopušteni

broj okretaja, kad su turbina i generator neposredno spojeni, obodna brzina mora biti smanjena na neku dopustivu vrijednost. Da se to

postigne, izvode se turbine sa:

- stupnjevanjem tlaka, - stupnjevanjem brzine, te - stupnjevanjem i brzine i tlaka.


194

� Pri stupnjevanju tlaka ukupna njegova promjena podijeli se u više

dijelova, a svakom dijelu pada tlaka pripada po jedno statorsko i

rotorsko kolo, koja se zajedno nazivaju stupnjem turbine.

Ona, prema tome, ima onoliko stupnjeva na koliko je podijeljen ukupni

pad tlaka, to su višestupanjske turbine. Svaki stupanj radi kao

jednostupanjska turbina, pa je brzina na kraju ekspanzije znatno manja, što omogućuje da se postigne povoljan stupanj djelovanja uz

znatno manju brzinu vrtnje.

Stupnjevanje tlaka može se ostvariti i u akcijskim i reakcijskim

turbinama.


� Kad se želi postići stupnjevanje brzine, para ekspandira do konačnog

tlaka u privodnom kolu, a kinetička se energija iskorištava u dva ili više

stupnjeva. U prvome rotorskom kolu transformira se samo dio kinetičke

energije, pa ga para napušta relativno velikom brzinom.

Da se omogući iskorištavanje preostale kinetičke energije, para se

dovodi meñu statorske lopatice drugog stupnja, koje skreću mlaz pare i

dovode ga u odreñenom smjeru drugome lopatičnom vijencu rotora.Tajse postupak ponavlja sve dok se dovoljno ne iskoristi kinetička energija

pare.

U praksi se izvode najviše četiri stupnja brzine (samo u akcijskim turb.).

� Akcijske turbine mogu se izvesti sa stupnjevanjem brzine i tlaka. Tad se ukupna razlika tlaka podijeli na više dijelova, a u svakome se

provodi stupnjevanje brzine.


196

• S obzirom na visinu tlaka na kraju ekspanzije, razlikujemo:

1. Kondenzacijske (iskorištava se para do kondenzatorskog tlaka, koji je odreñen temperaturom rashladne vode)

2. Protutlačne parne turbine (para ekspandira do tlaka znatno višegod kondenzatorskoga, jer se para koja je djelomično ekspandirala u parnoj turbini upotrebljava ili za grijanje ili za industrijske tehnološke procese. Protutlak na kraju ekspanzije u turbini ovisi o potrebnoj temperaturi pare.

• Treba spomenuti i turbine s reguliranim oduzimanjem. One su kondenzacijske i protutlačne. U turbinama s oduzimanjem dio pare koji je djelomično ekspandirao odvodi se iz turbine izmeñu dva stupnja i najčešće se upotrebljava za tehnološke procese, a preostala paraekspandira do protutlaka ili do tlaka kondenzatora. Izvode se i turbine i s dva regulirana oduzimanja, a rijetko s više njih.


Jednostupanjska akcijska turbina

� Sastoji se od jedne sapnice ili grupe njih i od jednogokretnog lopatičnog kola.

� Pad entalpije pretvara se u sapnicama u kinetičkuenergiju, pa para velikom brzinom struji meñu lopa-ticama okretnog kola. Zato se izvodi za iskorištava-nje malih padova entalpije, jer bi za veće padove biopotreban vrlo visok broj okretaja.

� Takva turbina naziva se Lavalova turbina. Izvodi sedo brzine na izlazu iz sapnice c1 = 1000 m/s, ta brzi-na odgovara padu entalpije od oko 500 kJ/kg.

� Imaju visok broj okretaj i mali promjer okretnog kola i grade se do snage 500 kW.

� Služe kao protutlačne turbine za pogon pojnih i kondenzatorskih pumpa u elektranama.

� Jednostupanjska je turbina malih dimenzija i jedno-stavne konstrukcije.

Skica i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

198

Akcijska turbina sa stupnjevanjem brzine

� Koristi se da se smanji broj okretaja i iskoriste veći padovi entalpije.Takva se turbina naziva Curtisovstupanj ili Curtisovo kolo.

� Para ekspandira do konačnog tlaka u sapnici ili sap-nicama i velikom brzinom struji meñu lopatice prvogokretnog kola.U njemu se, zbog transformacije u mehaničku en.brzina smanjuje na otprilike polovicu ulazne.

� Uz tu smanjenu brzinu para struji kroz statorsko lo-patično kolo gdje joj se mlaz skreće (uz gubitke) da bi se doveo meñu lopatice drugog okretnog polja.

� Tamo se preostala kin. en. pretvara u mehaničku.

� Akcijskim turbinama iskorištava se pad entalpije od oko 630 kJ/kg, a izvode se kao protutlačne turbine snage od 100 do 2000 kW.

� Služe kao pogonski strojevi za pojne pumpe i pumpeza rashladnu vodu, te pogon generatora u elek-tranama i toplanama malih snaga.





Akcijska turbina sa stupnjevanjem tlaka

� Obodnu je brzinu moguće smanjiti i stupnjevanjemtlaka.

� Takva se turbina sastoji od više jednostupanjskihakcijskih turbina u kojima je ulazni tlak jednak izlaznome iz prethodne turbine.

� Naziva se i Zoellyeva turbina.

� Zbog razlike u tlakovima koji vladaju izmeñu ulaza i izlaza statorskog kola, moraju izmeñu statora i oso-vine biti labirintne brtvenice. To je izvedba s

komorama.

� Broj stupnjeva turbine odreñen je padovima entalpije u pojedinim stupnjevima i ukupnim padom entalpije.

200


Jednostupanjska reakcijska turbina

� U reakcijskoj turbini para ekspandira i u prividnom i uokretnom kolu.

� To se postiže prikladnim oblikom lopatica okretnog kola, jer se lopatice na rotoru akcijske turbine izvodes jednakom slobodnom površinom za prolazak pare

na cijelome njezinu putu meñu lopaticama.

� Slobodna se površina meñu lopaticama na rotoru re-akcijske turbine smanjuje u smjeru strujanja pare jer je ono sve brže.

� Slika odgovara i jednostupanjskoj reakcijskoj turbini,ali ona se sastoji od samo jednoga privodnog i samo jednoga okretnog lopatičnog kola.

� Ovakva se turbina naziva i Parsonsova turbina.

Reakcijska turbina sa stupnjevanjem tlaka

� Prilike u takvoj turbini odgovaraju onima u višestu-panjskoj akcijskoj turbini, ne izostavljajući ekspanzijui u prividnom i okretnom kotlu.


Mješovite izvedbe

� Danas se turbine većih snaga uglavnom izvode s prvim stupnjem kao akcijskim, sa stupnjevanjem brzine ili bez njega. To vrijedi i kad su ostali stupnjevi akcijski.

Skica višestupanjske akcijske turbine s dvostupanjskim stupnjevanjem brzine i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Skica višestupanjske reakcijske turbine s trostupanjskim stupnjevanjem brzine i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)


202

Radijalne parne turbine

� U radijalnoj turbini para struji okomito na osovinu.

� Prva takva turbina bila je Ljungströmova turbina.

� Njegova radijalna parna turbin ima dva rotora koji se okreću u suprotnim smjerovima i vezana su za dvije mehanički neovisne osovine.

� Para struji od osovine prema obodu.

� Lopatično kolo jednog rotora djeluje istodobno i kao okretno kolo prethodnoga i kao prividno kolo idućega rotora.

� Svaki od rotora tjera vlastiti generator koji suelektrički paralelno spojeni.Para ekspandira u svakom lopatičnom kolu (reakcijska turbina).

� Radijalna turbina može se izvesti i kao Siemensova turbina koja se sastoji od statorskih i rotorskih lopatičnih kola. Da se poništi aksijalni potisak rotora, turbina ima dva rotorska kola. Prvije stupanj radijalni akcijski stupanj.

� Zbog konstrukcijskih razloga ograničena je snaga radijalnih turbina (oko 10MW).

Skica radijalne pt; tip Siemens

Skica radijalne pt; tip Ljungström


Kondenzacijske parne turbine

� Da se postigne što veći pad entalpijeizmeñu stanja na ulazu u turbinu i stanja na kraju ekspanzije, para se dovodi u kondenzator, u kojem se kondenzira djelovanjem rashladne vode.

� Zbog toga u kondenzatoru vlada vrlo mali tlak (i do 0,02 bara), koji ovisi o temperaturi rashladne vode, a koja djeluje kao i hladni spremnik, odnosno kao okolina.

� U takvoj turbini iskorištava se najveći mogući pad entalpije polazeći od zadanogstanja pare na ulazu u turbinu.

Shema kondenzacijske parne turbine


204

Shema protutlačne parne turbine

Protutlačne parne turbine

� Para ekspandira do tlaka znatno višega od onoga u kondenzatoru.

� Tada se para koja je smao djelomično eks-pandirala u turbini iskorištava za tehnološ-ke procese (grijanje, isparavanje, kuhanje, sušenje i sl.) ili za grijanje prostorija.

� Upotreba je opravdana samo ako ima potro-šača koji mogu iskoristiti djelomično eks-pandiranu paru.

� Najčešće se takva para dovodi u izmjenjiva-če topline kod potrošača ili toplani, koji dje-luju kao kondenzatori, ali s tim da se ental-pija isparivanja iskorištava ili za tehnološkeprocese ili za grijanje prostorija.

� Nasuprot tome, u kondenzacijskoj se turbi-ni entalpija isparavanja odvodi beskorisno uokolinu.


Turbine s reguliranim oduzimanjem pare

� Grade se da se ukloni čvrsta ovisnost meha-ničke energije na osovini turbine o unutar-njoj termičkoj energiji pare na izlazu iz

turbine.

� Sastoji se od visokotlačnog (VT) i niskotlačnog (NT) dijela, smještenih u odvojena kućišta, na zajedničkoj osovini.

� U VT dijelu ekspandira sva para koja se dovodi iz kotla, a nakon ekspanzije dio nje se odvodi potrošačima, a dio u NT dio turbine.

� Pred ulazom u NT dio nalazi se protočniventil, kojim se regulira količina pare zaekspanziju do kondenzatorskog tlaka.

� Budući da tlak pare na izlazu iz VT dijela ovisi o količini pare koja struji kroz taj dio turbine, promijeni li se količina pare kroz NTdio, mijenjat će se i količina kroz VT dio, a time i tlak pare za potrošače.Tako se možeodržati konstantni tlak pare oduzimanja.

Shema parne turbine s reguliranim oduzimanjem


206

Turbine s nereguliranim oduzimanjem pare

� Danas se uglavnom sve turbine izvode s ne-reguliranim oduzimanjem.

� Broj nereguliranih oduzimanja ovisi u prvomredu o tlaku pare na ulazu u turbinu (s njego-vim povećanjem raste i broj nereguliranih odu-zimanja). Izvode se turbine i sa deset neregu-liranih oduzimanja pare.

� Tako oduzetom parom zagrijava se kondenzatjer se time povećava termički stupanj djelova-nja procesa, zato što se dio pare ne dovodi u kondenzator.

� Para kojom se zagrijava kondenzat obavlja protutlačni proces pa sva energija tako oduze-te pare ostaje u procesu.

� Količina pare iskoristiva za zagrijavanje kon-denzata vrlo je ograničena jer je i toplina koju on može preuzeti ograničena. Shema parne turbine s dva

neregulirana oduzimanja pare


Turbine s meñupregrijavanjem pare

� Izvodi se kad su tlakovi pare vrlo visoki (viši od 80 bara).

� Para koja je djelomično ekspandirala u VTturbini vraća se natrag u kotao, gdje se uposebnom pregrijaču ponovno pregrije(obično do temperature svježe pare) i tako se pregrijana dovodi u NT turbinu.

� Nekada se izvode i dva meñupregrijav.

� Pomoću meñupregrijavanja postiže se nešto bolji termički stupanj djelovanja (poboljšanje 2-4%), ali je smanjenje postotka vlage u posljednjim stupnjevima turbine glavni razlog za uvoñenjemeñupregrijavanja.

Shema parne turbine s meñupregrijavanjem pare


208

3.2.3. Kondenzator parne turbine

� Para što je ekspandirala u kondenzacijskoj parnoj turbini dovodi se u kondenzator, u kojem se ona kondenzira uz što je moguć niži tlak.

� Kondenzacija se obavlja u izmjenjivaču topline, kojemu se s jedne strane dovodi para, a s druge rashladna voda, koja od pare preuzima toliko topline koliko je dovoljno da se ona potpuno kondenzira.

Izvedbe:

1. Para i kondenzat odijeljeni su od rashladne vode. To je površinski kondenzator. On se danas redovito upotrebljava.

2. Moguće je izvesti i kondenzator s miješanjem, u kojem se para miješa s hladnom vodom.


Skica površinskog kondenzatora

209

3.2.4. Čimbenici koji ograničavaju instaliranu snagu parne TE

� Instalirana snaga termoelektrana normalno je odreñena potrebama konzuma, odnosno potrebama snage za dopunu proizvodnje iz hidroelektrana.

� Porast potrošnje električne energije traži izgradnju sve većih TE, pa se dogaña da prirodni uvjeti ograničavaju instaliranu snagu TE.

� Do tog ograničenja može doći zbog:

-ograničenja količine goriva, - ograničenja količine vode, - ograničenog prostora za izgradnju termoelektrane.

� Pri odreñivanju raspoloživih količina goriva treba uvažiti činjenicu da TE treba biti osigurano gorivo bar za 20-25 godina, ukoliko se želi isplativost izgradnje postrojenja.

� Najveća količina vode u termoelektrani potrebna je za hlañenje kondenzatora što se može provesti:- protočnim hlañenjem (pri čemu se upotrebljava uvijek svježa voda) - povratnim hlañenjem (kada stalno kruži ista voda, koja se hladi u

rashladnom tornju).


210

� Najveća količina vode u termoelektrani potrebna je za hlañenje kondenzatora što se može provesti:- protočnim hlañenjem (pri čemu se upotrebljava uvijek svježa voda) - povratnim hlañenjem (kada stalno kruži ista voda, koja se hladi u

rashladnom tornju).

Protočno hlañenje je i energetski i ekonomski povoljnije jer je pri njemu temperatura rashladne vode niža, što omogučuje održavanje nižeg tlaka u kondenzatoru, a potrebne su i manje investicije za izgradnju postrojenja. Ali tada se računa da je za 1kg pare potrebno 60 kg vode za hlañenje.

Količine vode potrebne za povratno hlañenje znatno su manje, pa je moguće s istom količinom vode opskrbiti termoelektranu veće snage.

� Ograničenje zbog nemogućnosti smještaja samog postrojenja može doći u obzir samo u rijetkim slučajevima (npr. zbog raspoložive površine za uskladištenje ugljena.


3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane


212

� Kondenzacijske termoelektrane predstavlaju najčešći tip termoelektrana i služe isključivo za proizvodnju električne energije.

� Pogonski stroj je kondenzacijska parna turbina, u kojemu se para ekspandira do tlakova 0,04 ... 0,07 bara, koji vladaju u kondenzatoru.

� Stupanj djelovanja razmjeno je nizak (do 41%) jer je maksimalna temperatura razmjerno niska (do 600 OC), a u najvećoj mjeri ovisi o parametrima svježe pare.

� Kad se razmatra lokacija kondenzacijske termoelektrane, potrebno je razlikovati makrolokaciju od mikrolokacije.

� Makrolokacija ovisi o tri faktora: o gorivu, vodi i potrošačima el. energije.

� Kada se radi o gorivima niske kalorične moći (lignitu, slabijim vrstama mrkog ugljena) i o TE velike snage, odlučan utjecaj imaju gorivo i voda. Ako u TE izgaraju visokokalorična goriva (kameni ugljen, derivati nafte, zemni plin), transport goriva nema utjecaja na lokaciju, pa je važniji utjecaj vode i potrošača.


� Danas, kad se grade TE sve većih snaga, kad se iskorištavaju sve lošije vrste čvrstih goriva i kad je omogućen prijenos električne energije na velike daljine, najčešće se TE grade neposredno na ugljenim rudnicima.

� Na mikrolokaciju utječu:- potrebna površina (skladište goriva, deponij pepela) i nosivost

zemljišta, - mogućnost priključka na željezničku (ili plovnu) i električnu mrežu, - dovod i odvod vode, - potreba budućeg proširenja elektrane.


214

3.3.1.Termička jednadžba stanja

� Plinovi i pare su mediji (nosioci) koji služe za prijenos unutrašnje termičke energije u mehaničku energiju.Svi su procesi u kojima se odvijaju energetske pretvorbe, povezani s promjenama stanja radnog medija (nosioca energije).

� Pretpostavka: u normalnom pogonu sve promjene stanja odvijaju sekvazistacionarno, tj. da se za vrijeme promjene stanja sustav -globalno promatrajući - nalazi u stanju ravnoteže (omogućuje da se promjene stanja opisuju veličinama stanja).

� Termička jednadžba stanja s kojom se neki jednostavni termodinamički proces može opisati, povezuje tri unutarnje veličine stanja za definiranje homogenog procesa: tlak p, volumen V (obično kao relat. volumen po jedinici mase, v) i temperaturu T.

� U implicitnom obliku za homogeni proces:


( ) 0,, =TvpF

215

� Samo za idealne plinove i realne plinove pri veoma niskim tlakovima termička jednadžba stanja poprima jednostavni oblik:

R univerzalna plinska konstanta = 8.314 J/kmol,K

n množina tvari (kmol), ovisno o vrsti plina


TRnvp ⋅⋅=⋅

.konstT =

.konstp =

.konstV =

p

v

T

( ) 0,, =TVpF

Površina stanja idealnog plina u p-V-T prostoru

216

Entropija

� Pojam entropije usko je povezan s drugim glavnim stavkom termodinamike.

� Za razumijevanje 2. glavnog stavka mora se razlikovati izmeñu sustava u kojima se odvijaju nepovratljivi (ireverzibilni), odnosno povratljivi (reverzibilni) procesi. Prema Carnot-u (1843):

1. Povratljivi proces: pretvorba energije odvija se na način da se svaka promjena stanja može povratiti u početno stanje, a da nije ostala nikakva promjena u okolini.

Dva uvjeta: nema trenja (interna povratljivost), te u okolini koja sudjeluje u procesu ne smije nastupiti nepovratljivost (eksternapovratljivost).

2. Nepovratljivi proces: ako se početno stanje u sustavu ne može uspostaviti bez promjene u okolini, takav se proces naziva nepovratnim.

� Iz iskustva se zna da su svi prirodni procesi nepovratljivi, dakle sami od sebe odvijaju se samo u jednom smjeru (Drugi glavni stavak termodinamike - bitno ograničenje energetskih pretvorbi)!


� Iako povratljivih procesa nema, koriste se kao idealni procesi za usporedbu pri vrednovanju stvarnih procesa za pretvorbu energije.

� U svrhu jednoznačnog kvantitativnog razlikovanja povratljivih i nepovratljivih procesa, R. Clausius je (1865) definirao novu veličinu stanja, entropiju

Entropija (S) zadovoljava drugi stavak termodinamike i raspolaže sa slijedećim svojstvima:

1. Kod adijabatskog sustava nikada se ne smanjuje;

2. Kod povratljivih procesa ostaje konstantna;

3. Kod nepovratljivih procesa se povećava.

� Diferencijal entropije (dS) i diferencijal specifične entropije (ds) u odnosu na jedinicu mase definiraju se kao:

� dQ12 – promjena topline pri prijelazu iz stanja 1 u 2, dWR – rad sile trenja


]/[12 KJT

dWdQdS R+

= ],/[ KkgJT

dwdq

m

dSds R+

==

218

Promjene stanja idealnih i realnih plinova

� Specifična toplina (toplinski kapacitet) c: količina topline potrebna da bi se temperatura 1 kg tvari povećala za 1 K:

c = dQ/(m·dT) = dq/dT [J/kg, K]

� Razlikuje se specifična toplina cv pri konstantnom volumenu i pri konstatnom tlaku cp

� Obzirom na moguće promjene stanja medija dovoñenjem topline (∆q > 0) s promjenom p, V i T razlikujemo slijedeće promjene stanja idealnog plina

Naziv Dov. toplina (q) ili izv. meh. rad (w):

a) izohora (V = const., p i T raste) q12 = cv·(T1 – T2 ) > 0

b) izobara (p = const., V i T raste) q12 = cp·(T1 – T2 ) > 0

c) izoterma (T = const., V raste, p pada) q12 = w12 = p1· v1·ln(p1/p2 ) > 0

� Obratne promjene veličina stanja vrijede kad se toplina odovodi (∆q < 0)


� Adijabata: promjena stanja idealnog plina (p, V i T) u slučaju kad nema izmjene topline (∆q = 0) s promjenom

d) adijabata (s, Q = const.), dva slučaja

ekspanzija: p pada, V raste, T pada) q12 = 0, w12 > 0

kompresija: p raste, V pada, T raste) q12 = 0, w12 < 0

� Realni plinovi prikazuju se općim hiperbolama (politropama)

e) politropa: q12 = cv·(T1 – T2 ) ·(n – κ )/(n - 1) , gdje je κ = cp / cv

Pri tome se dobija za: n = 0 izobara

n = 1 izoterma

n = κ adijabata

n = izohora


∞

220

Kružni termodinamički proces

� Zatvoreni proces kod kojeg su početna i završna točka jednake (iste veličine stanja p, V i T)

� U kružnom procesu toplinskog stroja pogonski medij ekspandira s višeg (točka 1) na niži tlak (točka 2) uz povećanje volumena, proizvodeći mehaničku energiju, što se vidi na p-V dijagramu

� Kada bi kompresija (2-1) tekla po istoj krivulji po kojoj je obavljena ekspanzija, ne bi se mogao izvršiti rad (razlika dovedene i odvedene topline)

� Stoga je uvjet za dobivanje energije iz sustava da je utrošeni rad za kompresiju manji nego dobivena energija ekspanzijom medija.

� Utjecaj okoline (temperatura i tlak)


Kružni proces u T-s dijagramu – površina odgovara toplini

222

� U točki 1 unutarnja energija medija na početku i na kraju procesa je jednaka, pa se rad ne obavlja promjenom unutrašnje energije nego na račun promjene topline.

� Ako se mediju mijenja stanje bez promjene topline, entropija ostaje nepromijenjena (primjer: adijabatska ekspanzija)

� Specifična entalpija (h): sadržaj topline pri konstantnom tlaku, jednaka je zbroju specifične unutrašnje energije i specifične energije strujanja medija:

� Dovedena toplina mijenja mediju unutarnju energiju i volumen V uz konstantan tlak p ili mu mijenja unutarnju energiju i tlak p uz konstantan volumen V

21 QQW −=


]/[ kgJvpwh u ⋅+=


Carnot-ov kružni proces

224

Carnotov kružni proces:

� Tok energije sastoji se od dviju izotermi i dviju adijabata

� Toplina se dovodi po izotermi od točke 1 do 2, pa je dovedena toplina Qd prikazana površinom u T-s dijagramu ispod dužine 1-2

� Od točke 2 do 3 odvija se adijabatska ekspanzija, a od točke 4-1 adijabatska kompresija bez izmjene topline (realno nije ostvarivo).

� Toplina se odvodi po donjoj izotermi od točke 3-4, pa je odvedena toplina Qo prikazana površinom ispod dužine 3-4 (uvijek manja od dovedene!!!)

� Termički stupanj korisnog djelovanja Carnotovog kružnog procesa:

d

o

d

od

dt Q

Q

Q

QQ

Q

W−=

−== 1η


d

o

d

ot T

T

ssmT

ssmT−=

−−

−= 1)(

)(1

12

12η

225

Carnotov idealni proces - maksimalni stupanj djelovanja kod pretvorbi unutarnje topline u mehanički rad

od QQW −=

Qo

p

V

Izoterma Td i To

Adijabata W

Qd

Carnot p-v dijagram

Td(K)

1000

η(%)

800 600 400 200 0

20

40

60

80

100


IzvrIzvrššeni mehanieni mehaniččki rad (J/kg): ki rad (J/kg):

d

o

d

odt T

T

T

TT−=

−= 1η

226

3.3.2. Stupanj djelovanja kondenzacijske TE


� Proces u TE moze se prikazati kao Carnot-ov kružni proces h-s

dijagramom u kojem se kao ordinata nanosi entalpija (h), a kao apscisa entropija (s).

Prikaz procesa bez gubitaka u

kondenzacijskoj parnoj

termoelektrani (h-s dijagram)

227

� Točka A’: odgovara stanju vode na izlazu iz pojne pumpe; s tim stanjem voda ulazi u kotao,

� U kotlu: se para pregrijava (A’-B), isparava (B-C) i pregrijava (C-D).

� U turbini: para ekspandira (D-E) - uz pretpostavku adijabatske ekspanzije (bez promjene topline) – do tlaka kondenzatora (tocka E),

� U kondenzatoru: se para kondenzira (E-A) i sa stanjem koje odgovara točki A izlazi iz kondenzatora.

� U pojnim pumpama: opromjena stanja od A - A’ posljedica je povišenja tlaka vode.

Termički stupanj djelovanja

� Teorijska korisna energija jednaka je hD - hE (hD - entalpija pare na ulazu u turbinu, hE - entalpija na izlazu iz turbine).

� Ako se uvaži energija za pumpanje pojne vode, može se teorijska korisna energija odrediti iz izraza hD – hE – (hA’ – hA),


228

� Dovedena je energija jednaka hD – hA’ (hA - entalpija vode na ulazu u kotao). Ovaj izraz može se proširiti sa hA’ pa se dobiva izraz hD – hA – (hA’– hA).

� Omjer izmeñu teorijske korisne i dovedene energije naziva se termički stupanj djelovanja:

� Iz razmatranja može se ispustiti član (hA’ – hA) u brojniku jer se potrošak energije za pojnu pumpu može uključiti u ostali vlastiti potrošak elektrane. Za ova razmatranja može se zanemariti taj član i u nazivniku, čime se čini nešto veća greška kad je tlak visok. Pretpostavljeno je, dakle, da se točka A’ na slici 5.1 poklapa s točkom A.

� Izraz za termički stupanj djelovanja tada glasi:

)(

)(

'

'

AAAD

AAEDer hhhh

hhhh

−−−−−−

=η

D Eter

D A

h h

h hη

−=

−


Efektivni stupanj djelovanja

� Prilikom crtanja h-s dijagrama zanemareni su svi gubici, ali u praksi se oni ne mogu zanemariti.

� To su:

a) Gubici u parnom vodu od kotla do turbine i u regulacijskom ventilu turbine; zbog njih stanje pare na ulazu u turbinu ne odgovara točki D većD1

b) Gubici u turbini zbog kojih se ekspanzija ne vrši po adijabati D1E1 većpo krivulji D1E2.

Omjerom razlika entalpija pare u točkama D1 i E2 , s jedne strane, i u točkama D1 i E1, s druge strane, definiran je unutarnji stupanj djelovanja turbine:

21

21

ED

EDi hh

hh

−−

=η


230

Prikaz procesa u parnim kondenzacijskim TE koji uvažava gubitke


c) Gubici zbog pothlañenja kondenzata – u nekim slučajevima - ispod temperature zasićenja koja odgovara tlaku u kondenzatoru. U tom je slučaju stanje kondenzata na izlazu iz kondenzatora odreñeno točkom A1.

d) Gubici pare kroz brtvenice i gubici topline zbog odvoñenja i isijavanja, koje možemo zanemariti.

e) Mehanički gubici u turbini.

� Ako se sa ηk označi stupanj djelovanja kotla, sa ηp stupanj djelovanja cjevovoda, sa ηi unutarnji stupanj djelovanja turbine, sa ηm mehanički stupanj djelovanja, može se odrediti stupanj djelovanja na vratilu turbine koji se zove efektivni stupanj djelovanja (ηe):

pri čemu pretpostavljamo da ne dolazi do pothlañivanja kondenzata.

kpimere ηηηηηη =


232

Stupanj djelovanja na pragu elektrane

� Uvažavajući još stupanj djelovanja generatora (ηg) dolazi se do stupnja djelovanja elektrane na priključcima generatora:

� Ako se sa ν označi omjer izmeñu snage potrebne za vlastiti potrošak (Pvl) i snage na priključcima generatora (Pel);

može se odrediti stupanj djelovanja na pragu iz elektrane iz izraza:

geel ηηη =

el

vl

P

P=ν

)1(, νηη −= elpel


Čimbenici koji utječu na stupanj djelovanja TE

� Odlučan utjecaj na stupanj djelovanja parne termoelektrane ima termički stupanj djelovanja,koji je i najmanji pa je nastojanje da se on poboljša

Utjecaj povećanja tlaka pare

� Termički stupanj djelovanja uz konst. temperaturu svježe pare raste s povećanjem tlaka pare sve do optimalnog tlaka, uz koji se postiže maks. stupanj djelovanja

� Taj tlak je veći što je temp.pare viša, tako da za temperature od 450OC i više doseže i vrijednost iznad 200 bara

� To vrijedi za ciklus bez zagrijavanja kondenzata, dok već za ciklus s jednim stupnjem zagrijavanja maks. iščezava, pa povišenje tlaka donosi i povećanje termičkog stupnja djelovanja

Ovisnost termičkog stupnja djelovanja o tlaku i

temperaturi pare za teorijski ciklus bez zagrijavanja

kondenzata (temperatura u kondenzatoru 270C)


234

Povišenje temperature svježe pare

� Ono uvijek dovodi do poboljšanja stupnja djelovanja

� Granica temperature odreñena je svojstvima upotrijebljenog čelika

Meñupregrijanje pare

� Termički stupanj djelovanja može se poboljšati meñupregrijanjem pare koja je već djelomično ekspandirala u prvom (VT) dijelu turbine, s tim da ponovo pregrijana para u drugom (NT) dijelu turbine ekspandira do kondenzatorskog tlaka

� Ponovo pregrijanje pare vrši se u kotlu

Shematski prikaz procesa s meñupregrijanjem

u parnoj termoelektrani


� Termički stupanj djelovanja TE uz meñupregrijavanje pare može se odrediti iz izraza

� U brojniku je teorijska korisna energija, koja se dobiva ekspanzijom pare u prvom dijelu (od D do F) i u drugom dijelu turbine (od G do E)

� I toplina se dovodi u dva dijela, i to za ugrijavanja, isparavanje i prvo pregrijanje (od A do D), a drugi puta samo za ponovno pregrijanje(od F do G)

)()(

)()(

FGAD

EGFDter hhhh

hhhh

−+−−+−

=η

h-s dijagram procesa s meñupregrijanjem u parnoj TE


236

3.4. Plinske termolektrane


• U takvim termoelektranama pogonski strojevi generatora su plinsketurbine. Isprva su se plinske turbine gradile kao turbine s otvorenim procesom• Osnovni su elementi postrojenja s plinskim turbinama, koje rade s otvorenim procesom: kompresor K, komora za izgaranje KI i plinska turbina T

Osnovna shema postrojenja s plinskom turbinom


238

• Kompresor K upija zrak iz atmosfere i tiska ga u komoru za izgaranje KI, u koju se dovodi gorivo (u tekućem ili plinovitom stanju)

• Izgaranje se dogaña uz konstantni tlak, a izlazni plinovi struje kroz turbinu T i ekspandiraju u njoj do atmosferskog tlaka

• Postrojenje s plinskom turbinom može se staviti u pogon samo s pomoćnim izvorom energije. U tu svrhu služi asinkroni motor.

• Postrojenja s plinskim turbinama s višestrukom kompresijom i višestrukom ekspanzijom imaju stupanj djelovanja i specifične investicije usporedive sa stupnjem djelovanja i specifičnim investicijama modernih parnih termoelektrana

• Najjednostavnija postrojenja s plinskim turbinama rade sa znatno nižim stupnjem djelovanja (17 – 20 %), a specifične investicije iznose samo polovinu od specifičnih investicija za postrojenja s visokim stupnjem djelovanja.


Stupanj djelovanja plinskih TE

•Proces u postrojenju s plinskom turbinom bez gubitaka može se prikazati p – v dijagramu ili T – s dijagramu

Osnovni kružni proces u plinskoj TE


240

• Od 1 - 2: zrak se adijabatski komprimira u kompresoru

• Od 2 - 3: toplina se dovodi u komoru za izgaranje uz konstantni tlak p2

(miješa se zrak s plinovima izgaranja)

• Od 3 – 4: Plin (mješavina) u turbini adijabatski ekspandira.

• Od 4 – 1: plin se odvodi iz turbine uz konstantni tlak p1, koji je jednak tlaku okoline

• Dovedena toplina proporcionalna je površini 23ba u T - s dijagramu:

a odvedena toplina proporcionalna je površini 14ba, odnosno:

• Korisna toplina je razlika tih toplina, a termički stupanj djelovanja je omjer te razlike i dovedene topline pa je:

1 3 2( )pQ c T T= ⋅ −

2 4 1( )pQ c T T= ⋅ −


1 2 2 4 1

1 1 3 2

1 1ter

Q Q Q T T

Q Q T Tη

− −= = − = −

−

• Stupanj djelovanja takvog postrojenja nizak je zbog velike količine topline koju odvode plinovi na izlazu iz turbine i zbog znatne energije koju treba utrošiti za kompresiju zraka; kreće se izmeñu 12 i 26 %

• Plinovi koji su ekspandirali u turbini imaju temp. (T4) višu od temp. komprim.zraka (T2), pa je moguće izlaznim plinovima predgrijavati komprimirani zrak za izgaranje

• To se postiže postavljanjem zagrijača zraka Z

Shema postrojenja s plinskom turbinom i zagrijačem zraka


242

• Termički stupanj djelovanja postrojenja sa zagrijačem zraka veći je od termičkog stupnja djelovanja bez toga zagrijača u svim slučajevima kada je T4 > T2

• Poboljšanje stupnja djelovanja može se postići kompresijom u više stupnjeva s hlañenjem izmeñu pojedinih stupnjeva. Sniženjem temperature zraka smanjuje se specifični volumen zraka, što dovodi do smanjenja potrebnog rada kompresije koji je proporc.

•

Shema plinske TE s trostupanjskom

kompresijom i sazagrijavanjem zraka


Kružni proces u postrojenju s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijom


244

• Kod ekspanzije u više stupnjeva plinovi se ponovo zagrijavaju dovoñenjem goriva nakon djelomične ekspanzije. Ponovno zagrijavanje se vrši do najviše temperature procesa (T3)

Shema postrojenja s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijomi s trostupanjskom ekspanzijom te sa zagrijavanjem zraka

K1, K2, K3 - kompresori, KI1, KI2, KI3 - komore za izgaranje, T1, T2, T3 -plinske turbine, Z – zagrijač zraka


Proces u postrojenju s plinskom turbinom i trostupanjskom ekspanzijom


246

• Izvedba s tri kompresora i tri turbine na istom vratilu, zahtijeva vrlo dugo vratilo i dovodi do konstruktivnih poteškoća. Izvedba s jednim vratilom nameće potrebu da svi kompresori i sve turbine rade s konstantnim brojem okretaja, što otežava prilagoñavanje promjenama opterećenja i povećava potrošnju goriva pri djelomičnom opterećenju

• Podjela kompresije i ekspanzije u dva ili više stupnjeva omogućava da se izbjegnu navedene poteškoće.

• U tom slučaju postrojenje ima dva ili tri vratila: na jednom od njih je generator s jednom turbinom i jednim kompresorom, a na ostalima po jedna turbina i po jedan ili dva kompresora

• Na taj način samo se na jednom od vratila mora održavati konstantni broj okretaja, a na ostalima se broj okretaja može mijenjati s promjenom opterećenja kako bi se postigao što bolji stupanj djelovanja


Plinska TE sa zatvorenim procesom

•U dosad razmatranim postrojenjima u plinskim je turbinama ekspandirala smjesa plinova izgaranja i zraka. Zbog toga za pogon ne može poslužiti kruto gorivo jer bi krute čestice pepela plinskoj turbini vrlo brzo uništile lopatice

• Izvedbom zatvorenog procesa, meñutim, to postaje moguće jer u kompresoru i turbini stalno kruži isti zrak, koji ne sudjeluje u izgaranju

Shema najjednostavnije plinske TE sa zatvorenim procesom

H – hladnjak


248

• Taj zrak preuzima toplinu u izmjenjivaču topline, koji je ujedno i komora izgaranja

• Zatvoreni proces potpuno je analogan parnom postrojenju: komora za izgaranje s izmjenjivačem topline odgovara parnom kotlu, plinska turbina parnoj turbini, hladnjak kondenzatoru, a kompresor pojnoj pumpi

• U zatvorenom procesu mogu se primijeniti već opisani postupci kojima se poboljšava stupanj djelovanja (zagrijavanje zraka, višestruka kompresija i ekspanzija)

• U zatvorenom procesu maksimalna je temperatura više ograničena nego u otvorenom procesu. Cijevi u komori za izgaranje moraju se, zagrijati više nego što iznosi maks. temperatura zraka na ulazu u turbinu.

• Zbog toga je maks. Temp. mjerodavna za stupanj djelovanja niža od maks. temp. u postrojenju (ograničena konstrukcijskim materijalom) I cijevi u komori izgaranja moraju biti izvedene od termički otpornog materijala, dok je u postrojenju s otvorenim ciklusom njegova je upotreba nužna samo za turbinske lopatice.


Prednosti i nedostaci plinskih TE

Prednosti:1. Priprema vode za napajanje kotlova u postrojenjima s parnim turbinama zahtijeva znatne ureñaje, koji potpuno otpadaju u postrojenjima s plinskim turbinama ili su zamijenjeni filtrima za zrak u područjima u kojima u zraku ima znatnih količina prašine. Uzdržavanjetog filtera neusporedivo je jednostavnije od pripreme vode za kotlove

2. Za pogon postrojenja s višestrukom kompresijom potrebna je odreñena količina vode za hlañenje zraka, ali potrebna količina vode znatno je manja (u odnosu 5:1) od količine vode potrebne za hlañenje kondenzatora parne turbine iste snage

3. Postrojenje s plinskom turbinom smješta se u jednoj prostoriji, što olakšava nadzor nad postrojenjem i ima za posljedicu da je površina potrebna za izgradnju postrojenja s plinskom turbinom manja od površine potrebne za postrojenje s parnom turbinom iste snage


250

Dijagram stavljanja u pogon plinske TE Livorno snage 25 MW

4. Vrijeme potrebno za stavljanje u pogon iz hladnog stanja postrojenja s parnom turbinom iznosi i nekoliko sati, a za postrojenje s plinskom turbinom otvorenog sistema nije dulje od 20 – 30 minuta


• Glavni nedostatak plinskih turbina otvorenog procesa: nemogućnost upotrebe ugljena kao goriva, a čak je i upotreba teških ulja kao goriva ograničena na temperature koje nisu znatno više od 600 °C. U pepelu teških ulja ima naime soli, koje ulaze u turbine u tekućem stanju, tamo se talože i izazivaju koroziju lopatica turbine

• Navedeni nedostaci plinskih turbina imaju svoje puno značenje kad se radi o izgradnji elektrana koje trebaju proizvoditi temeljnu energiju

• Kad treba izgraditi rezervne ili vršne elektrane za manje područje, dolaze više do izražaja prednosti plinskih turbina nego njihovi nedostaci. Zbog malog trajanja iskorištenja rezervne ili vršne elektrane, troškovi za gorivo nemaju presudni utjecaj, pa se može upotrijebiti postrojenje s plinskom turbinom jednostavnije izvedbe koja radi s relativno niskom maksimalnom temperaturom

252

• Postrojenje jednostavne izvedbe (bez zagrijavanja komprimiranog zraka, s jednostrukom kompresijom i ekspanzijom) traži niske investicije, omogućava vrlo brzo stavljanje u pogon i lako održavanje postrojenja, te praktički ne traži vode za hlañenje (osim za hlañenje ulja za regulaciju i za mazanje)

• Postrojenje s plinskom turbinom vrlo je pogodno za energetsko korištenje otpadnih plinova u industriji (grotlenih plinova visokih peći, plinova iz rafinerija nafte i kemijskih industrija)

• Plinska turbina može se upotrijebiti i za kombiniranu proizvodnju električne energije i topline, bilo u obliku tople vode bilo u obliku pare

253

3.5. Osnovna energetska karakteristika termolektrana


254

• Niti jedan od ranije definiranih stupnjeva djelovanja nije ni za promatrani agregat konstantan već ovisi o opterećenju agregata. To takoñer vrijedi i za termoelektranu kao cjeline. Stupanj djelovanja definiran je kao omjer korisne el. snage (P) i dovedene snage (D):

• Ako se u kordinatnom sustavu na apscisu nanese korisna snaga, a na ordinatu dovedena snaga, dobit će se osnovna energetska karakteristika D = f(P)

•I z osnovne energetske karakteristike TE moguće je odrediti karakteristiku stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristiku specifičnog potroška s=f(P), koja je definirana kao omjer dovedene i korisne snage

P

Dη =

Ds

P=


( )D f P=

( )s f P=

Osnovna energetska karakteristika D=f(P), karakteristika stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristika specifičnog potroška s= f(P)


256

• Pomoću osnovne energetske karakteristike moguće je za poznatu krivulju trajanja opterećenja odrediti potrošnju topline dovedene gorivom

Grafičko odreñivanje dovedene energije (WD) iz dijagrama opterećenja P=f(t) i osnovne energetske karakteristike D=f(P)


• Površina D=f(t) prikazuje dovedenu energiju WD (potrošnja topline):

koja se može odrediti planimetriranjem. Korisna energija W prikazana je takoñer krivuljom, ali ispod krivulje P=f(t):

• Iz tih dviju veličina moguće je odrediti srednji stupanj djelovanja i srednji specifični potrošak:

( ) ( )t

D

o

W t D t dt= ∫

( ) ( )t

o

W t P t dt= ∫

sr

D

W

Wη = D

sr

W M Js

W kW h =


258

• Prethodno prikazana osnovna energetska karakteristika vrijedi za TE s jednim agregatom. Postojanje više agregata omogućuje bolje prilagoñavanje dijagramu opterećenja.

Odreñivanje zbirne osnovne energetske karakteristike za dva

jednaka agregata


Energetska karakteristika triju jednakih agregata u

istoj elektrani

• Sjecištem karakteristika za različiti broj agregata odreñeno je područje rada s odgovarajućim brojem agregata, a najnižim dijelovima krivulja meñu tim sjecištima odreñena je osnovna energetska karakteristika termoelektrane (ABCD). Odreñivanje energetskih karakteristika kad su u pogonu više agregata vrši se uz zahtjev optimalne raspodjele opterećenja meñu agregatima (uz koju se postiže najmanja moguća potrošnja topline).


elektrane i elektroenergetski sistemi

Documents