2

Termodinamika

• Termodinamični procesi

• Veličine stanja

– tlak, temperatura, raztezanje, termična enačba

• Prvi glavni zakon termodinamike

– toplota, notranja W, volumsko delo, entalpija, tehnično delo

• Drugi glavni zakon termodinamike

– entropija

• Kalorične enačbe stanja, preobrazba idealnih plinov

• Agregatne preobrazbe

• Krožni procesi

– Carnot, Rankine, Clausis, Otto, Diesel

• Zgorevanje

• Prehod toplote

3

Termodinamični sistemi

• Omejitev prostora ali količine snovi

• Obdani z okolico

• Izmenjava energije in ne snovi – zaprt sistem (bat)

• Izmenjava energije in snovi – odprt sistem (turbina)

• Ni izmenjave energije in snovi – zaključen sistem

• Enake sestavine in lastnosti v sistemu – homogen sistem

• Več faz – heterogen sistem

4

Veličine stanja

Merljive in izračunane

Volumen v … specifični volumen – 1/gostota; v =V/m

vm …molski volumen – v 1 kilomolu toliko delcev kot atomov v 12 kg 12C

Vm=V/n (n … molska količina)

Avogadrovo število: NL= 6,023.1026/kmol

Tlak (absolutni, nadtlak, podtlak) absolutni tlak = barometrski + manometrski

Pascal (N/m2), bar, atmosfera (kp/s), psi

psi (pounds per square inch), psia (absolutni), psig (nadtlak), 1 bar = 14.501psi, 1atm=14.223 psi

Temperatura: stopnja segretosti telesa [Kelvin, Celzij]

Gostota

Toplotno raztezanje – linearno (koef. lin. raztez.)

– prostorninsko (koef. prost. raztez.) α

β

l l T

V V T

[°C]=([°F]−32)5/9

[°F]=[°C] 5/9+32

[°F] [°C]

0 -17,8

5 -15,0

10 -12,2

15 -9,4

20 -6,7

25 -3,9

30 -1,1

35 1,7

40 4,4

45 7,2

50 10,0

55 12,8

60 15,6

65 18,3

70 21,1

75 23,9

80 26,7

85 29,4

90 32,2

95 35,0

100 37,8

105 40,6

110 43,3

115 46,1

120 48,9

125 51,7

130 54,4

135 57,2

140 60,0

145 62,8

150 65,6

5

Veličine stanja

• Homogen sistem:

– v ravnotežnem stanju so veličine stanja konstantne v celem sistemu

• Termična enačba stanja

• Velja za homogene sisteme

• sl. 1.6

1

2

3

, , 0

,

,

,

f p v T

v f p T

p f v T

T f p v

6

Prvi glavni zakon termodinamike (PGZT)

• Zakon o ohranitvi energije

• Perpetuum mobile prve vrste

• Energije:

– nakopičena

• kinetična, potencialna, notranja

– prehodna

• meh. delo, tok, toplota...

7

PGZT: Toplota Q

• Toplota potrebna za spremembo

temperature

• Specifična toplota snovi

– pri stalni prostornini: cv

– pri stalnem tlaku: cp

– pri stalnem tlaku se opravlja

zunanje delo W

spec. toplota snovi: količina toplote

za segretje 1 kg snovi za 1 K

d cd

c 4,186kJ/kgK

Q m T

Rcc

TRmVp

TT

VVpcc

TcmQQW

vp

vp

pTp

)(

)(

12

121

Plinska konstanta za zrak je 287 J/kgK

8

PGZT: Notranja energija U

• Segrevanje plina pri stalni prostornini se kaže v višji temperaturi

• Notranja energija odvisna od stanja telesa

v 2 2 2 1

, ,

idealni plin

c

specifična notranja energija

U f p v

U f

Q m U U

Uu

m

9

PGZT: Volumsko delo Wo

• Delo, ki se oddaja okolici pri povečanju prostornine

• sl. 1.7 – ekspanzija zaradi q

• Ekspanzija daje delo, kompresija uporablja delo

• Povračljive spremembe stanja

2 2

1 1

o

o

o

d d

d d

v v

v v

V S h

w p v

w p v

w p v f v v

10

PGZT: Volumsko delo Wo

2

1

2 1 o o

o

v

v

v 2 1

d d d d d

Prvi glavni zakon termodinamike

= in d d d (za maso )

didealni plin: c

d

d c d d

c d

v

v

q u u W u W

q u W u p v

Q U W Q U p V m

u

q p v

q p v

11

PGZT: Entalpija I (H)

• Vsota notranje energije in dela

• I=U+pV je entalpija ali vsebina toplote pri p=konst.

2 1 2 1 2 1

2 1

p

p

2 1 p 2 1

segrevanje telesa pri = konst.:

dc

d

d d c d

c

I U pV

Q U W

Q U U p V V I I

q i i

p

q

T

i q T

i i

Spr. temp.

12

Entropija

Sprememba entropije je sprememba toplote pri absolutni temperaturi T.

T

dQdS

13

DGZT: Entropija S

• Sprememba toplote pri določeni temperaturi

• Povratni procesi:

• Nepovratni proces:

• Sl.1.9

2

2 1

1

dd

d

QS

T

Q QS S

T T

Ss

m

d

dq

sT

2

1

1 2

1 2

1 2

d

0

q T s

q qs s s

T T

T T s

14

PGZT: Tehnično delo Wot

toplotno izoliran sistem - adiabata

2

2 1

1

2 1 ot

d

d

d d d

d d

d

v p

v

i u pv

i u p v

i q

q i i v

p

p

Q I I W

p

v

p2

v1 v2

p1

Pretvorba brez izmenjave toplote. Je idealna preobrazba pri vseh toplotnih strojih.

Entropija je konstantna: dQ=0.

15

Drugi glavni zakon termodinamike (DGZT)

• Prehod toplote s toplejšega na hladnejše telo

• Za pretvorbo toplote v mehansko energijo potreba razlika

temperatur

• Vedno sodelujeta dve telesi pri pretvorbi toplote v Wmeh

• Nepovraten proces

• Perpetum mobile druge vrste

16

Kalorične enačbe in preobrazbe idealnih plinov

• Idealni plin (visoko pogreta para)

– Boyle-Mariotto-v zakon: pV=konst. pri T=konst.

– Gay-Lussac-ov zakon: V/T=konst. pri p=konst.

• Enačba stanja:

• Združena zakona:

• Karakteristične spremembe stanja

R ali Rpv T pV m T

1 1 2 2

1 2

konst.p v p v pv

T T T

17

Preobrazba pri V=konst. (izohora)

• Primer: segrevanje plina pri V=konst.

• Glavna enačba termodinamike, brez volumskega dela:

2 1 o

2 1

1 1 1

2 1 2

v 2 1

p v

p

v p

v

enačbi delimo:

c

c c R

c R χRc ,c

c χ 1 χ 1

q u u W

q u u

p v RT

p v RT

Q m

p

v

p2

v1

p1

1.66 za enoatomne line, 1.4 za dvoatomne pline

18

Preobrazba pri p=konst. (izobara)

• Primer: segrevanje plina pri p=konst.

o 1 2 1

2 1 1 2 1 2 1 p 2 1

1 1 1

1 2 2

1 1 1 2

2 2 1 2

c

R

R

enačbi delimo:

konst.

w p v v

q u u p v v i i

p v T

p v T

v T v vali

v T T T

p

v

p2

v1 v2

19

Preobrazba pri T=konst. (izoterma)

• Primer: segrevanje plina pri T=konst.

1 1 1 2 2 1

2 2

2o

11 1

ot o

2 1 o

2 1

oto

R in R

pod krivuljo ekspanzije:

dd R R ln

izoterma: tehnično delo = volumsko delo

ker konst.

p v T p v T

vvw p v T T

v v

W W

q u u w

u u T

w wq

p

v

p2

v1 v2

p1

20

Preobrazba brez izmenjave toplote (adiabata)

• Primer: popolna izolacija

• Adiabata je krivulja konstantne entropije - izentropa

2 1

χ 1

1 2

2 1

χ 1

χ1 1

2 2

χ

o

kons

0

t.

u u

T v

T v

T p

pv

q w

T p

p

v

p2

v1 v2

p1

21

Politropska preobrazba

• Izmenjava toplote

Povzetek

n konst.

1 n χ

pv

v

p

χ

n

v

n konst. izohora c

n 0 konst. izobara c

n χ konst. adiabata 0

n 1 konst. izoterma

n χ1 n χ konst. politropa c

n 1

v

p

pv

pv

pv

22

Agregatne preobrazbe

• Stanja:

– trdna snov (led)

– kapljevina (voda)

– plin (pregreta para, suha para)

– istočasne faze

• mokra para

• taljenje

• sublimacija

• Termična enačba stanja

– talilna krivulja

– strjevalna krivulja

– vrelna krivulja (spodnja mejna krivulja)

– rosilna krivulja (zgornja mejna krivulja)

• Kritična točka

• Preobrazbe

– trdno-kapljevito

• taljenje

• strjevanje

– kapljevito-plinasto

• uparjanje

• kondenzacija

– trdno-plinasto

• sublimacija

• desublimacija

23

Diagram stanja vode

24

Agregatna preobrazba vode

• Izparevanje vode v parih kotlih

• Čistost vode

• Segrevanje vode

• Uparjanje vode

• Pregrevanje pare

t 0

ros vrel

k ros vrel

preg p preg nasič

c specifična toplota tabelirana

= + uparjalna toplota

notranja u. t.

zunanja u. t.

c

q

r

u u

p v v

q

25

Mollierov diagram

26

T-s diagram za vodo

27

Vlažnost zraka

• Količina vodne pare v zraku – absolutna vlažnost

• Odvisna od temperature

• Relativna = trenutna količina / maksimalna količina

• Kaj se zgodi, če hladimo zrak z določeno vlažnostjo?

• Zakaj sušiti s toplim zrakom?

28

Krožni procesi Pri ekspanziji delovnega medija se opravlja zunanje delo (ne glede na to ali je ekspanzija pri stalni temperaturi ali pri stalnem tlaku ali pri stalni entropiji ali pri politropski preobrazbi.

Pri ekspanziji deluje plin na bat in ga premakne iz položaja 1 v 2. Ko pride v položaj 2 neha opravljati delo. Ker pri strojih zahtevamo neprekinjeno delovanje, se mora vrniti v prvotni položaj v točko 1. Potrebna je kompresija, za kar uporabimo zunanje delo. Če gremo po isti krivulji nazaj, porabimo enako količino dela, kot smo ga pridobili. Takšen stroj je neuporaben, ker ne bi dajal nobenega koristnega dela.

p

v

p2

v1 v2

p1

P=konst. (konstanten tlak)

T=konst. (konstantna temperatura)

s=konst. (konstantna entropija)

1 2

1 2

29

2

Krožni procesi Da stroj opravi koristno delo, se mora v začetni položaj vrniti tako, da pri kompresiji porabi manj dela, kot pa ga dobi pri ekspanziji. Na sliki je krožni proces, pri katerem se v času ekspanzije po zgornji krivulji delovnemu mediju dovaja toplota q1 in dobimo delo. Po spodnji krivulji se opravlja kompresija. Delovnemu medijo odvajamo toploto q2 in porabljamo mehanično delo.

Površina 1-3-2-v2-v1 predstavlja dobljeno delo pri ekspanziji W1. Površina 2-4-1-v1-v2 predstavlja porabljeno delo pri kompresiji W2. Ker je začetno in končno stanje na začetku in na koncu procesa enako, je notranja energija na začetku in koncu procesa enaka. To pomeni, da se zunanje delo lahko opravlja le na račun dovedene toplote.

Glavna enačba krožnega procesa:

q1-q2=u1-u2+Wk= q1-q2+Wk=W

Toplotni izkoristek (th) je razmerje med izkoriščeno toploto proti skupni dovedeni toploti in pomeni merilo za kakovost krožnega procesa.

p

v

p2

v1 v2

p1

1 q1

q2

3

4

th=(q1-q2)/q1

30

Carnotov krožni proces

Sestavljen je iz štirih povračljivi parcialnih procesov: 2 izotermi, 2 adiabati.

Grelec, v katerem se opravi preobrazba od 1 do 2, in hladilnik, v katerem se opravi preobrazba od 3 do 4 po izotermi, morata imeti veliko toplotno kapaciteto, da se temperatura ne spreminja v času procesa.

Razlika temperature med grelcem in delovnim telesom Tq-T1 in med delovnim telesom in hladilnikom T4-Th morata biti čim manjši, vendar pa zadosti veliki, da se opravi izmenjava toplote, seveda zelo počasi.

Delovni medij ekspandira od začetnega stanja 1 do 2 po izotermi pri zadostni toploti q1, nato pa po adiabati od 2 do 3.

Krivulja 3-4 predstavlja izotermno kompresijo po zadostnem odvajanju toplote q2 (hlajenju).

Krivulja 4-1 predstavlja adiabatno kompresijo.

Pri Carnotovem procesu je mogoče ustvariti maksimalno možno delo.

Termični izkoristek je odvisen le od končne in začetne temperature procesa in ne od lastnosti delovnega medija.

1 3 31 2th

1 1 1

η 1T T TQ Q

Q T T

31

Carnotov krožni proces

32

Carnotov krožni proces za vodno paro

p

v

1 T

s

4 q1

q2

2 3

Proces izparevanja v parnem kotlu PK je prikazan v T-s diagramu s premico 4-1 (T4=T1=konstanta) in v p-V diagramu s premico 4-1 (p1=p4=konstanta).

Začetno stanje točka 4 odgovarja vreli vodi temperature T4=T1. V parni turbini TUR suha para ekspandira po adiabati z točke 1 v 2 od tlaka p1 na p2 in preide v mokro paro v točki 2. Mokra para kondenzira v parnem kondenzatorju K pri konstantnem tlaku (p2=p3) in stalni temperaturi (T2=T3).

V točki 3 kondenzacija preneha, nadaljuje pa adiabatična kompresija (3-4), da spet dobimo vrelo vodo z začetnim stanjem (p4, T4) in krožni proces je sklenjen.

T4=T1

T2=T3

s3=s4 s1=s2

p1=konst.

p3=konst.

T1=konst.

T3=konst.

1 4

2 3

33

Rankine-Clausius-ov krožni proces

• Točka 3 na vrelni krivulji

• Para v kondenzatorju popolnoma kondenzira

• Potiskanje vode v kotel

• Opravi se več dela

• Manjši izkoristek

34

Idealni proces v plinski turbini

• Medij: plin (zrak) namesto vode!

• Gorivo v kotlu (trdno, tekoče, plinasto)!

• Sesanje zraka iz atmosfere

• Zgorevanje pri stalnem tlaku

• Ekspanzija do atmosferskega tlaka

• Ni kondenzatorja!

35

Otto in Diesel motor

• Zgorevanje v valju, višji tlak, mehansko delo

• Otto: zmes zraka in goriva izven valja, električna iskra v valju

• Diesel: gorivo in vroči zrak v valju, ni iskre

• 4-taktni motor, dva valja (otto)

• Diesel

– boljši izkoristek

– odvisen od kompresijskega razmerja in obremenitve motorja

1 1otto

2 2

vη 1 ε ε=

v

Tf

T

36

Procesi zgorevanja

• Potreben kisik za kemično reakcijo

• Eksoenergetske (energijo dobimo) in endoenergetske reakcije (energijo dovajamo)

• Transformacija kemične v notranjo energijo

• Goriva:

– trdna

• naravna (les, šota, premog, oljni škriljavci)

• umetna (po oplemenitenju premoga: koks, briketi)

– kapljevinata

• naravna (nafta)

• umetna (destilacija nafte: mazut, diesel, bencin...)

– plinasta

• naravna (zemeljski plin)

• umetna (svetilni plin, generatorski plin...)

37

Procesi zgorevanja

• Vsebina goriv:

– voda

– gorljive substance

– pepel

• Zgorevanje: kisik + visoka temperatura + gorivo

– popolno (dovolj kisika)

– nepopolno (nedogoreli plini – težki ogljikovodiki, dim, saje)

• Enačbe kemičnih reakcij

• Kurilnost goriv

• Popolnost zgorevanja odvisno od:

– konstrukcije kurišča

– vrste goriva

38

Prehod toplote

Prehod toplote pomeni pojave v zvezi s prenosom določene količine toplote z enega mesta na drugo.

Razlika temperatur omogoča prehod toplote.

Toplotni tok pove, kakšna je prenesena toplota na časovno enoto.

Načini prehoda toplote:

– Prevajanje - kondukcija (prevajanje po snovi)

– Prestop ali konvekcija (prenos s snovjo)

– Sevanje (elektromagnetno)

Prehod toplote

vezan na snov

Prehod toplote

vezan na elektromagnetno sevanje

39

Prevajanje - kondukcija (prevajanje po snovi)

Toplotna prevodnost

– vrsta materiala

– vlažnost

– temperatura

– tlak

1 2d

λ Wd

gostota toplotne moči

QS

t d

qS

1 21 2

1 2 1 2

1 2λ λ

d dS

d d d d

ϑ1

d

ϑ2

S

λ

ϑ1

d

ϑ2

S

λ1

ϑ3

λ2

λsr

Izpeljava:

• Zapisati enačbi za obe plasti

• Izraziti razliko temperatur

• Sešteti enačbi in se vmesna

temperatura uniči

40

Prestop toplote ali konvekcija

Prestop toplote ali konvekcija je možna le v snoveh, kjer delci

spreminjajo kraj: kapljevine, plini

– delci prenašajo energijo

• Prestop toplote s konvekcijo je zapleten proces odvisen od

mnogih faktorjev, zato vrednost koeficienta α zelo niha.

tekočina stenaα

α koef. prehoda toplote s konvekcijo

S

Mirni zrak 3-12 W/m2K

Zrak, ki se giblje 12-70 W/m2K

Voda, ki ne vre 230-5800 W/m2K

Voda, ki vre 4600-12000 W/m2K

Para, ki kondenzira 7000-14000 W/m2K

Pregreta para 120 W/m2K

41

Prehod toplote (kondukcija in konvekcija)

Toplotne naprave: prenos toplote iz tekočine ali plina na trdno

snov

• Upoštevamo tako kondukcijo kot konvekcijo

1 2 1 2

1 2

1k

1 1

α λ α

k prehodni koeficient toplote

S Sd

ϑ1

d

ϑ1b

S

α1

ϑ1a

λ α2

ϑ2

voda plin stena

42

Sevanje

Toplota ni vezana na snov. Toplota prehaja z nevidnimi žarki z

enega telesa na drugo in hkrati se temperatura telesa, skozi

katerega prehaja, ne poviša.

• Stefan-Boltzmanov zakon:

4 4

1 2C W100 100

C sevalni količnik

T TS

Absolutno črno telo 5.67 W/m2K4

Saje 5.11 W/m2K4

Valjano železo 4.41 W/m2K4

Plamen premoga 2.73-3.5 W/m2K4

Poliran aluminij 0.29 W/m2K4

Polirano jeklo 0.164 W/m2K4

43

Izmenjalniki toplote – izmenjava toplote med sredstvi ločeni s kovinsko steno

– koncentrične cevi, plošče

– grelnik napajalne vode, grelnik zraka, generatorji pare

– istotočni, protitočni

– Temperatura se vzdolž izmenjalnika spreminja

– Pri protitočnem strujanju so potrebne manjše ogrevne površine (24%)

kot pri istotočnem strujanju z ozirom na enako toplotno moč.

ϑ´1 ϑ˝1

ϑ´2 ϑ˝2

ϑ´1 ϑ˝1

ϑ´2

ϑ˝2

ϑ´1 ϑ˝1

ϑ´2 ϑ˝2

ϑ´1

ϑ˝1

ϑ´2

ϑ˝2

44

Parni kotli

• Proizvodnja pare višjega tlaka kot atmosferski

• Dovajanje toplote:

– iz lastnega kurišča (ogrevalni medij je plin iz zgorevanja)

– iz tujega kurišča (toplota izpušnih plinov motorjev, toplota iz reaktorja...)

• Energijski izkoristek parnega kotla:

– toplota zgorevanja se prenese na vodo in paro določenega p in T

– enačba PGZT

– toplotna bilanca

– energ. izkoristek

– možne izboljšave

g g o z z o 1 1 1 p p p 2 2 v

g i g g o z z o p p o

g i 2 1 p p p p o v

2 1

k

g i

η

m i m i m i m i mi Q

m h m i m i m i

m h m i i m i i Q

m i i

m h

45

46

Parni kotli

• Eksergija je energija, ki se lahko pretvori v drugo obliko W

• Eksergija = energija – anergija

• Eksergijska bilanca:

• Doveden zrak v kotel na temperaturi okolice nima eksergije

• Eksergijska enačba

• Eksergijski izkoristek zavisi od:

– lastnosti goriva

– energijskega izkoristka

– začetnega stanja vode in končnega stanja pare (višja T in p)

g g z z 1 2 p p v

2 1 2 1 2 1k 0

g g 2 1 1 1

ξ 1i ik k

g g

m e m e me me m e E

m e e h he e s sT

m e e i i e i i

47

48

49

Opis kotla

50

Varnostna oprema

• č) Črpalki: (motorni in

parni pogon)

• o) odprtina za kontrolo

notranjosti

• k) kalužni ventil za

odstranjevanje gošče

• pv) protipovratni ventil,

da se para ne vrača v kotel

• m) manometer – meri tlak

v kotlu

• z) zaporni ventil za paro

• v) varnostni ventil za paro

(odpre pri prevelikem

tlaku)

• p) prezračevalni ventil

• g) merilnik nivoja vode

51

Zgorevanje in uparjanje

• Pospeševanje zgorevanja:

– višja temperatura v zgorevalnem prostoru

– večja hitrost zraka glede na gorivo

– višji tlak v zgorevalnem prostoru

– večja aktivna površina goriva

• Popolnost zgorevanja nadzorujemo:

– vizuelno: barva dimnih plinov

– kemično: CO2, O2, CO

• Obtok medija - cirkulacija:

– naravni: različna gostota

– prisilna: dimenzija cevi, črpanje, hlajenje, ogrevanje...

52

53

54

Kurišča

• Priprava goriva za zgorevanje, popolno zgorevanje, odvajanje pepela

• Izvedba odvisna od goriva (plinasto, kapljevinasto, trdno)

• Priprava goriva:

– sušenje (segrevanje s toplim zrakom ali plini zgorevanja)

– izplinjenje, razplinjenje (ločitev hlapljivih ogljikovodikov s segrevanjem)

– zgorevanje trdnega ogljika in plinov (veliko O2, velika hitrost zraka)

• Lastnosti kurišč:

– uporaba različnih goriv

– popolno zgorevanje s čim manj zraka

– malo lepljenje ogorkov na površine

– dober prenos toplote

– poceni konstrukcija

– enostavno vzdrževanje

55

Kurišča z rešetkami

56

Kurišča z rešetkami

• Prednosti verižne rešetke:

– lahko jih bolj toplotno obremenimo, saj se hladijo

– prilagodljiva hitrost

– menjava rešetnic med obratovanjem

– samočiščenje

– delno podpihovanje

57

Premogov prah

• Zgorevalna naprava je gorilnik (sl.2.18, sl.2.19) in ne rešetke

• Prednosti:

– prilagodljiva kurjava na obremenitev

– gorivo je lahko slabše kakovosti

– potrebna manjša količina zraka

• Slabosti:

– mletje premoga (krogle, kladiva, udarne plošče...)

– obraba mlinov

– čiščenje dimnih plinov (leteči pepel)

– vzdrževanje

• Kurišča: Krämer (sl.2.16), KSG (sl.2.17)

58

Sheme vbrizgavanja premogovega prahu

59

60

61

Ogrevalne površine

• Uparjalnik – sistem cevi, komor in bobna

• Material odporen na toploto

• Delitev pregrevalnikov glede na prenos toplote:

– konvektivni

– sevalni

– kombinirani

• Regulacija temperature pregrete pare (sl.2.21, sl.2.22)

• Grelnik vode

• Grelnik zraka (sl.2.23, sl.2.24 – Ljungström)

• Dodatno segrevanje zraka (sl.2.25)

62

63

64

65

Izvedba in uporaba kotlov

• Mnogovodni – valjasti boben z veliko vode, dolg zagon, za manjše enote – plamenični kotel (sl.2.26)

– dimnocevni kotel (sl.2.27)

– lokomobila (sl.2.28) – kombinacija zgornjih

• Vodocevni – sistem cevi, komor, bobna, manj vode, hitrejši zagon, večje enote – poševnocevni sekcionalni kotel (sl.2.29, sl.2.30)

– sevalni kotel

– Sulzerjev kotel (sl.2.33)

– Bensonov kotel (sl.2.34)

• Izgube kotla: – neizgoreli ostanki goriva v pepelu (5 %)

– leteči koks in saje (8 %)

– neizgoreli plini: CO, H2, CH4... (do 1 %)

– toplota dimnih plinov (7 % - 11 %)

– toplota sevanja na okolico (12 %)

• Izkoristki od 72 % do 91 %

66

67

68

69

70

71

Čiščenje dimnih plinov

• Plini: CO2, H2O, CO, NOx, SO2, CmHn

• Prah: leteči pepel, leteča žlindra, delčki koksa, saje

• Odpraševanje – suhi in vlažni postopki:

– mehanski izločevalniki – gravitacijski in centrifugalni (sl.2.37)

– elektrostatični izločevalniki (sl.2.41)

– vlažni zbiralniki (sl.2.44)

• znižuje temperaturo plina

• manjše dimenzije

• manj verjetne eksplozije

• cenejše

• korozija

• odpadla kapljevina in njeno zmrzovanje

• manjše hitrosti plinov v dimniku zaradi ohlajanja plina

• stroški obratovanja

– filter – precejanje (kot sesalec)

72

73

74

75

Izločanje ostalih škodljivih snovi

• SO2:

– čiščenje goriva - drago

– izpiranje plinov z vodo z dodatki

• veliko vode

• odvajanje onesnažene vode

– vodna alkalna raztopina v zaprtem krogu

• Ogljikovodiki:

– dodatno zgorevanje

• NOx:

– boljša kurišča, čistilne naprave

• Emisija: izpuščanje, oddajanje snovi, energije...

• Imisija: koncentracija snovi v okolju, posledica emisije

76

Priprava vode za kotel

• Čista, mehka, pojav kotlovca

• Priprava vode:

– usedanje

– filtriranje

– termično in kemično odstranjevanje trdote

• apno, soda, natrijev lug, fosfat, permulit

– segrevanje vode s paro zaradi korozije

– odplinjevanje zaradi korozije

77

Zgorevanje premoga v fluidni plasti

• Racionalni postopek pridobivanja toplote iz premoga

• Mešanica premoga in peska

• Vpihavanje zraka

• Nižja temperatura v kurišču

• Sl.2.46, sl.2.48

• Regulacija moči:

– debelina plasti

– hitrost zraka

– količina zraka

– temperatura zgorevanja

• Z dodatki zmanjšamo količino SO2

• Uporaben tudi premog slabše kakovosti

• Potrebna energija za vpihovanje in mletje

78

79

80

Parne turbine

• Pretvorba tlačne in toplotne energije v mehansko

• Para ekspandira v vodilnih (in gonilnih) kanalih

• Ekspanzijsko delo poveča kinetično energijo pare

• V gonilniku para spremeni smer in odda energijo rotorju

• Podobno kot pri hidro turbinah

• Prednosti:

– velika relativna moč

– visoka zanesljivost v obratovanju

– veliko obratovalnih ur

– počasen zagon/ustavljanje

– veliko hladilne vode

81

Strujanje pare

• Različna stanja pare pri različnih prerezih cevi

• Za strujanje potrebujemo spremembo tlaka – pretvarjanje W

• Pretok mase je stalen, ostale veličine se spreminjajo

• Sl.3.1

1 1 2 2

1 2

konst.

prerez

hitrost

specifični volumen

S c S c Sc

v v v

S

c

v

82

Strujanje pare

• Primeri končnih enačb:

– horizontalna cev

– izolirana cev

– strujanje brez izgub

2 2

1 21 1 1 1 12 2 2

potenc

potenc

2

kin

2 2

2 112 2 1 2 1

2

12 tr 2 1

1

2 2

2

g g J

g J/kg

J/kg2

bilanca splošna oblika :

2

enačba glede na notranje stanje pare:

d d d

d

g g2 2

w F m h

w h

E cw e

m

c cq g h h i i

q i v p

q q i i v p

c ch u v q h p v

i

p u

2

1 12 tr

1

22 2

2 12 1 tr

1

d

d2

i q q v p

c cg h h w v p

2 1

2 2

2 11 2

0

2

h h

c ci i

12

2

1 2 ot

1

0

d

q

i i v p w

tr tr

22 2

2 1

1

0

d2

q w

c cv p

prirast Wk v toplotnih enotah

83

Strujanje pare

• Sl.3.2

• Iz razlike entalpije in hitrosti na začetku dobimo hitrost na

koncu (c1 << c2)

• Razlika entalpije ali toplotni padec

• Strujanje ni adiabatna sprememba

zaradi trenja, ki oddaja q

• Manjši padec toplote

1,41c i

84

Enakotlačne parne turbine

• Izrabljamo kinetično energijo

• Vse entalpijski padec se porabi za pospeševanje v vodilniku

• Podobno kot pri hidro turbinah

• Načeloma ni reaktivnosti

• Moč na obodu rotorja:

o 1

2

oomax 0 1

ou

omax 1 1

1

2

brez izgub:

ko je zanemarimo izg. v šobi2

4

2

η 1

P u c u

cP c c

P u

P c

c

c

u

85

Nadtlačne parne turbine

• Del entalpijskega padca pare se pretvori v kinetično energijo v

gonilniku

• Zoževanje kanala proti izhodu – hitrost pare raste

• Sl.3.9 – padec toplote v stat. in rot. lopaticah: h0=i1-i2

• Trikotnik hitrosti: sl.3.8, sl.3.10

• Maksimalni izkoristek pri malem kotu α1, če je obodna hitrost

približno enaka izstopni hitrosti pare

1

0 0ou 2

1 omax

1

0 0

22cos

η

1 2 cos

o

u u

c cW P

E P u u

c c

86

87

Izgube in izkoristki parnih turbin

• Toplotne (notranje) izgube:

– izgube v šobah

– izgube v vodilnih lopaticah

– izgube v delovnih lopaticah

– izhodne izgube

– izgube zaradi popuščanja

– izgube zaradi uhajanja toplote

– ...

• Izgube v šobah in vodilnem lopatju: medsebojno trenje medija in ob steno – manjša izhodna hitrost, večja entalpija pare

• Izgube v delovnem lopatju: udarec pare v rob lopatic, vrtinci

• Izhodne izgube: izhodna hitrost večja od 0

88

Izgube in izkoristki parnih turbin

• Izgube zaradi ventilacije in trenja: Sl.3.13

– če je polni dovod pare, teh izgub ni oz. so majhne

• Izgube skozi reže: med pregradnimi stenami,pesto kolesa, med

statorjem in rotorjem, ob tesnilih

• Zunanje termične izgube: hlajenje, sevanje

• Mehanične izgube: trenje v ležajih, pogon črpalk, regulatorjev

• Izkoristek: sl.3.14 – delovni cikel elektrarne sl.3.15

o k 0 1 4 2o 3 1 2o

k 0 0th

k k

η ...

W q q i i i i i i

q q H

q q

89

90

91

Izgube in izkoristki parnih turbin

• Notranji izkoristek:

– padec tlaka v cevovodu zaradi trenja

– hlajenje

– preobrazba ni adiabatna (trenje)

• Zaradi izgub dobimo na izhodu večjo entalpijo

• Večji kondenzator

• Mehanični izkoristek:

• Efektivna moč turbine:

ii

0

η 85 % do 90 %h

h

em

i

ηP

P

e m m 0 m m 1 2o

0

η η =η η

teoretična moč turbine

pretok pare

P P D i i

P

D

92

Izvedbe turbin

• Sl.3.17

• Delitev turbin:

– reaktivnost:

• enakotlačne

• nadtlačne

– smer pretoka:

• aksialne

• radialne

– končni tlak:

• kondenzacijske

• protitlačne

93

Enostopenjske enakotlačne turbine

• Sl.3.18

• Ekspanzija v šobi

• Pretvorba dela Q v Wkin v

šobi

• Za dober izkoristek: obodna

hitrost 2-krat manjša kot

izhodna

• Zaradi prevelikih hitrosti

parcialna delitev toplotnega

padca – več sistemov lopatic

• Deluje kot Peltonova turb.

• Slab izkoristek

94

Večstopenjske enakotlačne turbine

• Zmanjšamo obodno hitrost za boljši izkoristek

• Turbine s stopnjevanjem hitrosti – Curtis-ove turbine sl.3.19

• Statorske lopatice usmerjajo medij, ni ekspanzije

• Turbine s stopnjevanjem tlakov sl.3.20 - kombinacija

• Ekspanzija pare le v statorju (pospeševanje)

• Dober izkoristek: od 0,68 do 0,86

• Postopen padec tlaka in temperature – težave pri obratovanju

95

96

97

Nadtlačne turbine

• Sl.3.21

• Lopatice statorja in rotorja enake

• Ekspanzija v rotorju in statorju

• Tlak stalno pada, višina lopatic se veča, ker se veča volumen

• Reaktivnost 0,5

• Najboljši izkoristek pri u = c0

• Velike izgube med režami (zato želimo manjše tlakove)

• Kombinacija več vrst turbin

• Primer radialne turbine sl.3.22 – dva rotorja, ni statorja

98

99

Kondenzacijske turbine

• Sl.3.23

• Želimo čim večji entalpijski padec v turbini

• Pomemben kondenzator in hladilna voda

• Nekatere stopnje turbine delujejo v področju mokre pare

• Na srečo ni v vodi kondenzacijskih jeder in še ni kapljic

• Ob podhladitvi nagla kondenzacija

• Kapljice zavirajo turbino, dodatne izgube

• Reže na ohišju turbine za odvajanje vode

• Količina medija skozi stopnje lopatic se zmanjšuje

100

101

Protitlačne turbine

• Tlak na izhodu turbine večji kot v kondenzatorju – rezerva

• Preostala para za tehnološke procese v industriji ali ogrevanje

• Večji odvzem pare, manj mehanske W, več toplotne W

• Wmeh premosorazmerna količine pare za porabnike

• Nestalna proizvodnja električne energije, odv. od potreb po Q

• Sl.3.28, sl.3.29

102

103

Reguliran odvzem pare

• Odpravlja slabost protitlačne turbine sl.3.30

• Visokotlačni in nizkotlačni del - različni ohišji, ista os

104

Konvencionalne TE

105

Regulacija parnih turbin

• Nastavljanje moči turbine glede na zunanjo obremenitev

• Regulacija:

– dušenje pare na vstopu

zmanjšanje tlaka padec entalpij Sl.3.35

– količina pare z ventili Sl.3.36

– kombinacija – groba in fina regulacija

e m i 0 m i 1 2o

0

η η =η η

teoretična moč turbine

pretok pare

P P D i i

P

D

106

107

Kondenzator

• Hladilna voda

• Odvajamo toploto

• Nastanek kondenzata

• Kondenzatna in napajalna črpalka

• Nizek tlak, ohladitev

• Priprava vode za kotel Sl.3.39

108

Parne TE

• Delitev TE:

– po vrsti pogonskih strojev

• parna turbina (tudi NE, geoterm.)

• plinska turbina

• dieselski motor

– po načinu izkoriščanja pare

• kondenzacijske

• TE-TO

– po gorivu

• trdo

• kapljevito

• plinasto

– po načinu hlajenja

• pretočno

• povratno

109

Vezava kotlov

• Sl.4.3-4.8

110

Instalirana moč TE

• Potrebe po energiji

• Omejena količina goriva

• Deponija

• Količina hladilne vode

• Prostorska omejitev

• Možnost transporta

• Skladiščenje pepela, odpadkov

• Sl.4.9

i

sr 0

i

0

1000kW

- razpolož. količina premoga

- kurilnost

- srednja spec. poraba

- št. obratovalnih ur v letu

i

sr

GHP

w T

G

H

w Q

T

111

112

Izkoristki

• Proces v TE: Sl.4.11

• Dejanski proces: Sl.4.12

5 6 2 1 5 6th

5 2 5 1

5 6th '

5 6

η

η

i i i i i i

i i i i

i i

i i

113

Izkoristki

• Efektivni izkoristek:

• Izkoristek na sponkah generatorja:

• Izkoristek na pragu elektrarne:

• Kako izboljšati termični izkoristek?

e th k p i m

th

k

p

i

m

e

η η η η η η

η - termični izkoristek

η - izkoristek kotla

η - izkoristek parovoda

η - notranji izkoristek turbine

η - mehanski izkoristek

η - izkoristek na osi turbine

el e g

g

η η η

η - izkoristek generatorja

elp el

lr

spon. gen.

η η 1

- lastna rabaP

P

114

Vmesno pregrevanje pare

• Sl.4.13, 4.14

• Pregrevanje delno eksp. pare v kotlu ali s svežo paro:

• Dodatna visokotlačna turbina: sl.4.16

5 6 7 8

th

5 1 7 6

ηi i i i

i i i i

115

116

Segrevanje kondenzata s paro iz turbine

• Prednosti:

– izboljša se termični izkoristek

– izboljša se notranji izkoristek turbine (manjše izgube)

– manjši kondenzator

– vpliv na velikost kotla, grelnikov vode in zraka

– manj hladilne vode

• Sl.4.19, 4.20, 4.21

p k p plp k

th th

p 1 p 1 p pl

η ηi i a i ii i

i i i i a i i

117

118

Tlak in temperatura sveže pare na vhodu turbine

• Sl.4.24, 4.25

119

Kogeneracija električne energije in toplote

• Izkoristek TE pri proizvodnji električne energije je nizek

• Pri kogeneraciji je izkoristek primarnega vira boljši

• Neizkoriščeno paro na izhodu turbine namenimo ogrevanju,

industriji

• Sl.4.28 – možne izvedbe TE-TO

120

121

Tehnične rešitve s parnimi turbinami

• Odvisno od značilnosti porabe toplote:

– komunalna poraba

– kombinirana komunalna in tehnološka poraba

• TE-TO za daljinsko ogrevanje in industrijske potrebe:

– industrija potrebuje toploto v pasu

– omrežje za ogrevanje bolj razvejano – večje izgube

– potrebna boljša zanesljivost za industrijo

– oddaja toplote v omrežje za industrijo pri različnih tlakih

– boljša regulacija za industrijo

• Primer 1: kondenzacijska turbina: Sl.4.29 in 4.30

• Primer 2: protitlačna turbina: Sl.4.32 in 4.33

122

123

124

Izkoristek kogeneracije

• Del pare DT se predčasno odvzame za ogrevanje

• Del pare DK gre skozi nižje stopnje turbine v kondenzator

• Kondenzacijski režim:

• Protitlačni režim: stalno razmerje med toplotno in električno

močjo

S T K

E ET EK

E T S T K S K TGη

D D D

P P P

P D i i D i i

Di

S TETG

T T

S TEP TG T

T

EK E EP

η

η

i iP

P i

i iW W

i

W W W

125

Energetsko vrednotenje

• Posredna in neposredna poraba primarne energije

• Izkoristek TE-TO večji kot izkoristki elektrane in toplarne

• Izkoristek odvisen od entalpije pare, ki jo odvzamemo

• Pomembne tehnične karakteristike ločenih objektov

prim prim primE T E TW W W

126

127

128

129

130

Lastna raba v TE

• 6 do 10 %

• Največje pri premogu z nizko kurilnostjo

• Porabniki:

– mlini za premog

– napajalne črpalke

– črpalka za hladilno vodo

– kondenzatne črpalke

– sesalni, potisni ventilatorji

• Napajanje lastne rabe mora biti zanesljiva

• Sl.4.40-sl.4.43

131

132

Stroški izgradnje in cena energije TE

• Specifični investicijski strošek odvisni od:

– velikosti agregata

– parametrov pare

– Pinst

– preskrbe z vodo

– terenskih razmer

– dovoznih poti

• Skupni letni stroški:

– stalni

– spremenljivi

• TE-TO:

i SIT

- invest. strošek

I iP

i

e pS c W c Q

s i

sp g sr t

SIT/leto

SIT/leto

S piP

S c W q cW

133

Lokacija TE

• Dejavniki:

– možnost priključka na omrežje

– dovoz in deponija premoga, plinovod

– preskrba z vodo

– teren

– možnost razširitve

– okoljevarstvo

• TE ob rudniku ali ob centru porabe?

• Mejna razdalja:

s i

sp sr t

i

S piP

f lS q W c

H

''

skup v t

0

''

skup sr t

0,03 0,0002 kW

1 SIT/leto

2kWh/leto

3

2

3

21

3

P l P

P l P

S pP i l i l i

W Pt

W l W

S q c W l

t sr t 0

m

sr 0 t i v

i

2

3 km2

3

p i i q c t

lf

q t c p iH

tm

sr 0 v

i

kmpi

lf

q t iH

134

TE s plinskimi turbinami

• Medij je plin

• Plinasto, kapljevito, trdo gorivo

• Kompresor, komora za zgorevanje, plinska turbina

• Sl.5.1, 5.2

135

TE s plinskimi turbinami

• Izkoristek: sl.5.3

• Izboljšanje izkoristkov:

– toplota izhodnih izpušnih plinov

– večstopenjska kompresija in ekspanzija

• Segrevanje komprimiranega zraka pred vhodom v zgor. komoro

• Sl.5.5, sl.5.7

0 4 1th

3 2

kt t

ke

PRIMER NA VAJ

η 1

ηη

η

AH!

Q Q T T

Q T T

WW

Q

136

137

TE s plinskimi turbinami

• Termični izkoristek:

• Sl.5.9

'

dov p 3 2 p 3 4

'

odv p 4 1 p 2 1

dov odv 2 1th

dov 3 4

c c

c c

η 1

Q T T T T

Q T T T T

Q Q T T

Q T T

138

TE s plinskimi turbinami

• Večstopenjska kompresija in ekspanzija izboljšata izkoristek

• Sl.5.10

• Dodatna voda za hlajenje, izboljša se efektivni izkoristek za 10 %

139

TE s plinskimi turbinami

• Večstopenjska ekspanzija s ponovnim segrevanjem

• Sl.5.11

• Izboljša se efektivni izkoristek še za 10 %

• Plinska TE s 3-stopenjsko komp. in eksp. doseže ηe > 35 %

• Sl.5.14

140

141

Idealni plinski proces

• Eriksonov proces: sl.5.15, sl.5.16

p 3 2

0 p 4 1

31

0 4 1th

3 33

4

c

c

izoterma: zunanje delo = teh. delo

R ln

η 1

R ln

Q T T

Q T T

pT

q q p T

pq TT

p

142

Uporaba agresivnih goriv

• Delovni medij ločen od plinov zgorevanja

• Lahko je odprt ali zaprt sistem sl.5.17 in sl.5.18

• Veliko hladilne vode

143

Posebne izvedbe

• Sl.5.19, sl.5.20

144

Primerjava parnega in plinskega postroja

• Drugačen medij

• Plinski nima kotla, kemične in termične priprave vode

• Plinski nima kondenzatorja, manj hladilne vode

• Primerljivi izkoristki

• Manjši zagonski čas plinske TE

• Manj potrebnega prostora za plinsko TE

• Nizki investicijski, gradbeni stroški pri plinski TE

• Enostavne pomožne naprave pri plinski TE

• Lahko odprt sistem pri plinski TE

• Dražje gorivo pri plinski TE

• Krajša življenjska doba plinskih TE

• Plinske TE za manjše moči

145

Kogeneracija s plinsko turbino

• Veliko odpadne toplote je mogoče izkoristiti

• Sl.5.23, sl.5.24

• Prednosti:

– proizvodnja Wel neodvisna od proizvodnje Wtopl → velika elastičnost

– kratek čas zagona

– mala tlorisna površina

– odpadna voda uporabna za daljinsko ogrevanje

146

147

Nuklearna energija

• Reaktor nadomešča kurišče

• Kemična procesa:

– fisija - razpad jedra z veliko maso na dve manjši jedri

– fuzija - zlivanje jeder

• Defekt mase je energija:

• Cepitev težkih elementov: 92U235, 92U

233, 94Pu239

• Zgradba atoma:

– pozitivno jedro z nukleoni (masno število A):

• protoni (vrstno število Z)

• nevtroni (A – Z)

– kroženje elektronov

• Izotopi – atomi z enakim Z in različnim A, enake kemične, različne

fizikalne lastnosti

2cE m

148

Nuklearna energija

• Masno število:

• Preračun mase v gramih:

1

1

2

1

4

2

1

0

1

+1

0 -

-1

0 +

+1

H jedro atoma vodika, proton

D devterij, težki vodik 1934, Urey, Nobelova nagrada

He alfa delec

n nevtron

p proton

e elektron β delec

e pozitron β delec

12

6

11 EM mase C

12

23

EM

g

19

Avogardovo število:

L 6,0235 10 št. delcev v molu snovi

L

Energija:

naboj elektrona: e 1,602 10 As 1eV

1 EM 931 MeV

mm

149

Nuklearna energija

• Defekt mase:

150

Nuklearna energija

• Razpolovna doba

151

Nuklearna energija

152

Nuklearni reaktor

• Vzdrževanje verižne reakcije

• Vsebina:

– nuklearno gorivo

– moderator (upočasnitev nevtronov)

– sredstvo za odvajanje toplote

– reflektor (odbija nevtrone)

– biološki ščit

– regulacija – požiranje nevtronov (bor-B, kadmij-Cd, hafnij-Hf)

153

Verižna reakcija

• Sproščeni nevtroni pospešujejo reakcijo

• Odvečne osvobojene nevtrone absorbiramo – regulacija

• Sl.6.4

• Udarni presek: interakcija nevtrona z jedrom atoma:

– trk:

• elastičen

• neelastičen

– absorpcija (pride do cepitve)

• Delitev nevtronov:

– termični (Wkin < 0,1 eV)

– srednje hitri (0,1 eV < Wkin < 1000 eV)

– hitri (Wkin > 1000 eV)

• Sl.6.5 in 6.6

154

Verižna reakcija

U-238 ni gorivo, razpade v Pu-239

155

Verižna reakcija

• Moderator: upočasnitev hitrih nevtronov na termični nivo

– velik uspešni presek trkov

– mali presek absorpcije

– navadna voda, težka voda, grafit

• Faktor multiplikacije:

– nadkritičen reaktor

– kritičen reaktor

– podkritičen reaktor

• Sl.6.7

• Oplodni reaktorji (breeder-ji): proizvodnja goriva

ef

0

-1

ef

-1

ef

ef

nk =

n

k reaktivnost reaktorja

kstopnja reaktivnosti

k

156

Verižna reakcija

157

Regulacija reaktorja

• Nastavitev kef na 1

• Uporaba regulacijskih palic, ki požirajo nevtrone

• Zastrupitev reaktorja (ksenon, samarij)

• Dobrodošel učinek zapoznelih nevtronov: čas generacije 0,1 s

158

Tipi reaktorjev

• Zgodovina:

– GCR “gas cooled reactor”, hlajenje s CO2

– LWGR “light water graphite reactor”, hlajenje z vodo in paro

– AGR “advanced graphite reactor”

– HTGR “high temperature gas reactor”, keramika in helij

– STR “submarine test reactor” (podmornice)

– PWR “pressurized water reactor” (za elektrarne)

– VVR “reaktor voda-voda” (podmornice, voda hladi in moderira)

– BWR “boiling water reactor” (voda hladi in moderira)

– RBMK, voda hladi, grafit moderira

– SGHWR “steam generating heavy water reactor” (težka voda moderira)

– CANDU, uporaba naravnega urana

– GBR “gas breeder reactor”

– LMFBR “liquid metal fast breeder reactor”

159

Tipi reaktorjev

• Delitev reaktorjev po hladilnem sredstvu:

– z vodo pod tlakom:

• hlajenje in modriranje z navadno vodo: PWR, VVR

• hlajenje in modriranje s težko vodo: HWR

– z vrelo vodo:

• hlajenje in modriranje z vrelo navadno vodo: BWR

• hlajenje z vrelo navadno vodo in moderiranje s težko vodo: SGHWR

• hlajenje z vrelo navadno vodo in moderiranje z grafitom: LWGR

– s plinom:

• hlajenje s plinom in moderiranje z grafitom I. generacije: GCR

• hlajenje s plinom in moderiranje z grafitom II. generacije: AGR

• hlajenje s plinom in moderiranje z grafitom pri visoki temperaturi: HTGR

• hitri oplodni reaktorji hlajeni s plinom: GBR

– s tekočimi kovinami:

• hitri oplodni reaktorji hlajeni s tekočimi kovinami: LMFBR

160

Tipi reaktorjev

• Dejavniki pri odločitvah:

– cena izgradnje

– zanesljivost

– enostavnost pri obratovanju in vzdrževanju

– standardizacija komponent

• Najpogostejši tipi reaktorjev: PWR, BWR, HWR, GCR

• Delitev reaktorjev glede na gorivo:

– homogen: pomešano z moderatorjem

– heterogen: v obliki palic ali plošč

161

PWR reaktor

• Dva ločena hladilna kroga: primarni in sekundarni

• NEK ima dva primarna hladilna kroga

162

Reaktor

• Sl.6.12

• Sl.6.13

• Ostali elementi elektrarne:

– uparjalnik

– obtočna črpalka

– tlačnik

– zaščitna posoda

– pomožni sistemi reaktorja:

• odvajanje preostale toplote (po prekinitvi reakcije)

• prostorninska in kemična kontrola (za hladilno vodo)

• zaščita hlajenja jedra (rezervno hlajenje)

• hlajenje nuklearnih komponent (izmenjalniki toplote, črpalke)

• tuširanje zaščitne posode (po okvari na primarnem krogu)

163

164

165

Sekundarni krog

• Podobno kot pri klasičnih TE

• Posebnosti:

– delovni medij je nasičena para nizkega tlaka

– veliki pretočni prerezi

– vlaga v turbini

– separiranje pare

– regulaciji turbine in reaktorja povezani

– rezervne črpalke in hladilni krog

• Sl.6.16

166

167

Zaščita pred sevanjem

• Enostavna zaščita pred α in β žarki

• Žarki γ in nevtroni potrebujejo debel oklep

• Zaščite v elektrarni:

– tablete naložene v srajčkah v palicah, obloga gorilnih palic...

– reflektor na steni reaktorja

– drugi zaščitni sloj iz grafita (zavira) in bora (absorbira)

– biološki ščit (beton s primesmi do 3 m debeline)

– izbira lokacije, oddaljenost od naselij

168

Proizvodnja električne energije

169

Obratovalne lastnosti in ekonomika

• Počasen proces:

– polna obremenitev v eni uri,

– počasne spremembe obremenitve

– možna trenutna razbremenitev – nevarnost zastrupitve reaktorja

• Smotrno obratovanje elektrarn, sl.6.26

• Lastna raba:

– zanesljiva, redundanca

– neodvisni viri napajanja

– podvojenost zbiralk

– fizična ločitev opreme (požar...)

170

Obrestno obrestni račun

171

Pokrivanje potreb po električni energiji

• Vpliv:

– nihanje porabe električne energije

– nihanje hidrologij

– remonti (se planirajo)

– neplanirani izpadi

– rezerva:

• hladna (elektrarne razpoložljive, a ne obratujejo)

• topla (elektrarne obratujejo na tehničnem minimumu)

• rotirajoča (elektrarne, ki še ne obratujejo z maksimalno močjo)

• pokrivanje izpada največje enote v sistemu

• pomoč drugih sistemov

• rezerva prirastka (pomembna rast porabe)

• Kompromis med zanesljivostjo napajanja in investicijami

172

Pokrivanje potreb po električni energiji

• HE:

– trenutne, razen tiste z dolgimi dovodnimi kanali

– pokrivanje vršne energije glede na razpoložljivo količino vode

• TE:

– počasne (termični procesi)

– zagonski stroški

– obratujejo s čim nižjimi spremenljivimi stroški (gorivo)

– kogeneracija

– prednostno dispečiranje (zakonodaja)

– vpliv trga

– regulacija (sistemske storitve)

– remonti