2015 PEL 1

Elektrrny

A2B13PEL

2015 PEL 2

Dlen a provoz vroben elektrick energie

Dle typu technologie klasick tepeln (parn) elektrrny

na fosiln paliva biomasu

paro-plynov elektrrny (elny s PPC) jadern elektrrny (JE) vtrn elektrrny (VTE) fotovoltaika (FVE) vodn elektrrny (VE) spalovac elektrrny ostatn (geoterm., pliv)

2015 PEL 3

Centralizovan vroba

Centralizovan vroba elektrick energie: relativn mal poet zdroj o velkm vkonu nzk cena za 1 kW instalovanho vkonu negativn dopad vpadku velkho zdroje na s peprava elektiny na velk vzdlenosti znamen vt ztrty

vodn elektrrna uheln elektrrna jadern elektrrna

2015 PEL 4

Zklady termodynamiky

Entalpie i (Jkg-1) tepeln obsah, souet vnitn a mechanick energie ltky

di = du + d(pv) = du + pdv + vdp = dq + vdp Entropie s (Jkg-1K-1)

kvantitativn vyjaduje nevratnost tepelnch pochod v soustav ltek mru neuspodanosti systmu

dq = Tds s roste nevratn proces (ireverzibiln) s = konst. vratn proces (reverzibiln)

celkov entropie uzavenho systmu se neme nikdy zmnit Tepeln obh

sled zmn, po nich se soustava dostanedo pvodnho stavu (uzaven kivka)

Izoterma (T = konst.) Izochora (v = konst.) Izobara (p = konst.) Izoentropa (s = konst.) Adiabatick zmna

mezi danou soustavou a prostedm se nevymuje teplo

2015 PEL 5

2

1

1p op

q q Tq T

innost

Nejvt innost, vratn dj Jen pro ideln plyny (piblin realizovateln v oblasti mokr pry) 4 vratn zmny pracovn ltky:

izotermick expanze (pi teplot ohvacho tlesa T1) [23] {ohev v kotli}. Do systmu se pivd teplo qp .

adiabatick expanze (pi poklesu teploty z T1 na T2) [34] {turbna} izotermick komprese (pi teplot T2 ochlazovacho tlesa) [41]

{kondenztor}. Odvod tepla qo ze systmu. adiabatick komprese (mezi teplotami T1 a T2) [12] {stlaen v erpadle

(kompresoru)}

Carnotv obh

2015 PEL 6

Vyuv skupensk zmny mezi kapalinou a prou pln kondenzace pry na kapalinu

Pkon napjecho erpadla je podstatn men ne pkon kompresoru! 1... stlaen kapaliny na pracovn tlak {erpadlo} 12 ... dodn tepla Qp {kotel} = ohev na bod varu + izotermick odpaen +

peht pry 23 ... adiabatick expanze {parn turbna} 34 ... izotermick kondenzace {kondenztor} , odvod tepla Qo

Piveden teplo:Odveden teplo:Prce erpadla:innost:

2 3 2 12 1 2 1

.

.

p o

p

q qq

i i p p vi i p p v

2 1pq i i 3 1oq i i 2 1 .a p p v

Clausius-Rankinv obh - parn

2015 PEL 7

Typ turbny: kondenzan - chlazen vstupn pry z turbny v kondenztoru Kondenzt: 25 40C Napjec voda: > 104C [vypuzen plyn (vzduchu, kyslku) koroze !] ~ 200C = kondenzty + pdavkov voda na kryt ztrt ve vrobnm okruhu pry a

vody

Elektrrna s kondenzan turbnou

2015 PEL 8

Typ turbny: protitlak pra z turbny je vyuiteln pro teplrensk provoz Nevhoda: Pm zvislost el. vkonu genertoru na tepelnm zaten spotebie

v protitlak sti turbny. Pra z vstupu turbny vyuit v ohvcch pro teplrensk provoz kondenzuje za

obdobnch podmnek jako v kondenztoru v ohvku topn vody. Pedv vak teplo topn vod a teplota kondenztu je tedy vy cca 100C.

Vzhledem k vyuitmu pedanmu teplu skupensk zmny pra-voda je protitlak turbna pi chodu na jmen. parametrech nejinnj.

el

Q konstP

Elektrrna s protitlakou turbnou (teplrna)

2015 PEL 9

Kombinovan vroba el. a tepel. energie (kondenzan elektrrna + teplrna) turbna s dvma odbry

Elektrrna s teplrenskm provozem Vhoda: El. vkon se me mnit v irokm rozsahu danm vt turbny, nezvisle na

zaten tepelnho spotebie (odbru tepla)

Elektrrna s odbrovou turbnou

2015 PEL 10

pihvn pry zopakovn sti obhu s nejvy innost

rekuperace napjec vody eliminace sti obhu s nejni innost

snen tlaku v kondenztoru, zven parametr vstupn pry zven rozdl teplot vstupu a vstupu

Zvyovn termick innosti C-R obhu

2015 PEL 11

sten expanze pry ve vt (vysokotlak) sti turbny - piht pry v pihvku -dokonen expanze v nt (nzkotlak) sti turbny

Vhody: vrazn zven innosti (jednostupov piht: o cca 5-7 %, druh piht: o

cca 1-2 %) zmenen vlhkosti pry na konci expanze (tj. na poslednch lopatkch turbny)

zven termodynamick innosti turbny snen nebezpe eroze lopatek turbny (vodn kapky na poslednch lopatkch nt

sti turbny)Piveden teplo:Odveden teplo:Prce erpadla:innost:

2 5 4 3 2 12 1 4 3 2 1

.

.i i i i p p vi i i i p p v

T

s

1

2

3

4

5

2 1 4 3pq i i i i 5 1oq i i 2 1 .a p p v

Pihvn pry

2015 PEL 12

Pihvn pry kouovmi plyny z kotle:

Pihvn pry ostrou nebo odbrovou prou:

Pihvn pry

2015 PEL 13

Odebrn sti pry (o vhodn teplot) z turbny (neregulovan odbr)

jej kondenzanho teplo je pak pouito na ohev kondenztu a napjec vody

Max. poet ohva: 8 a 10 (pak kles innost).

zven termodynamick innosti tepelnho obhu

postupn zmenovn mnostv pry v poslednch stupnch turbny ( men rozmry poslednho stupn turbny, vt prtok pry zven vkonu turbny!)

Rekuperan ohev napjec vody

2015 PEL 14

Snenm tlaku a teploty v kondenztoru doshnu vt qo, ale i prce celkov se innost zv.

Monosti snen tlaku v kondenztoru: snen teploty chladc vody (nejvhodnj!) zvten prtoku chladc vody (nevh.: zv. vkonu erpadel zv. vlastn

spoteby) zvten teplosmnn plochy v kondenztoru (nevh.: zv. investi. nklad)

Piveden teplo:Odveden teplo:innost:

4 1'pq i i 5' 1'oq i i

4 5' 2 14 1' 2 1

.

.

p o

p

q qq

i i p p vi i p p v

prstek prceprstek odvedenho tepla

Snen tlaku v kondenztoru

2015 PEL 15

Vhodnou kombinac zven tlaku a teploty vstupn (ostr) pry Zvyovn TLAKU vstupn pry

Omezen: Zvyuje se vlhkost pry na konci expanze snen termodynamick

innosti turbny. Max. dovolen vlhkost pry na konci expanze: 12 a 14 %. Omezen cirkulace v kotli. Kotle s pirozenou cirkulac: max. tlak pry

17 MPa; kotle prtlan a 24 MPa ! Zvyovn TEPLOTY vstupn pry

zven termick innosti obhu zven termodynamick innosti turbny (zmen se vlhkost pry na konci

expanze!) Omezen:

pouze materilovmi monostmi Konstrukce z feriticko-perlitick oceli: max. teplota pry 535 C. Pro vy teploty: vysokolegovan austinick ocel. Pouvan teploty pry:pro bloky 110 a 200 MW: 535 a 545 C, pro 500 MW: 545 C

Zvyovn parametr vstupn pry

2015 PEL 16

AB ... adiabatick komprese plynu {kompresor} BC ... izobarick pvod tepla {spalovac komora} CD ... adiabatick expanze plynu {plynov turbna} DA ... izobarick odvod tepla {v uzavench obzch v tepelnm vmnku,

v otevench obzch pes atmosfru}Piveden teplo:Odveden teplo:Prce:

Kompresn pomr:

innost:

1

1

1

11 1

p o D

p C

AD

BC

q q Tq T

pp

A

B

vv

p C Bq i i o D Aq i i C B D Aa i i i i

Joulev (Braytonv) obh - plynov

2015 PEL 17

Plynov obh

Spalovac turbna

2015 PEL 18

Plynov obh

Vhody a nevhody: rychl najdn a odstavovn (vkonov prunost) nzk poizovac nklady (mal spoteba materilu) vysok provozn spolehlivost kompaktn uspodn stroje, mal obestavn prostor drah kvalitn palivo (plyn, olej) nronost na vrobu a pouit materily velk pkon kompresoru: a 70 % vkonu spalovac turbny ! vysok teplota na vstupu z turbny ( mal innost obhu) (25 a 35 %) :

Teplota spalin: > 1500 C + vzduch (chlazen) teplota smsi ped turbnou: 600 a 800 C.

2015 PEL 19

Plyny po vstupu z turbny ohvaj vzduch ped vstupem do spalovac komory

Regenerace odpadnho tepla

2015 PEL 20

Qp- plyn.

Qo- plyn.

Qp- pra

Qo-pra(kond.)

Teploty: plynov obhy:

pvod tepla: 600 a 800 C (stacionrn turbny a 1300 C), odvod tepla: vysok teplota nzk innost obhu

parn obhy: pvod tepla: 250 a 350 C (max. 650 C), odvod tepla: cca 30 C

kombinace:

Paroplynov cyklus

2015 PEL 21

Paroplynov cyklus

Uheln elektrrna pklad zapojen Vhody:

Vy innost: elektrrna s ist plynovm obhem: el = 0,28 - 0,38 elektrrna s parnm obhem: el = 0,28 - 0,42 elektrrna s paroplynovm obhem: el = 0,42 - 0,58

Kompresn prce plynovho obhu se zmenuje. Dky kondenzaci vodn pry se nkolikansobn zmenuje jej objem

pkon napjecho erpadla in dov procenta vkonu parn turbny (u ist plynovho obhu to jsou 2/3 hrubho vkonu turbny !)

Nevhody: Nutno spalovat jakostn palivo (plyn, olej) v plynov sti obhu.

2015 PEL 22

Elektrick sti elektrren

koly vyveden vkonu z elektrrny zajitn vlastn spoteby zajitn dicch, kontrolnch a ochrannch funkc pi vrob elektiny

Synchronn alterntory (PE, JE, VE) turboalterntory hladk rotor, 2 ply, 3000 ot/min hydroalterntory vynikl ply, nzk otky

Transformtory blokov VS

2015 PEL 23

Elektrick sti elektrren

Schma EM I

2015 PEL 24

Jadern elektrrny

Jadernm palivem je obohacen uran ve form tablet oxidu uraniitho Uspodanch do palivovch ty Modertorem i chladivem je deionizovan voda

Temeln (2 x 1125 MW) - 2002 Dukovany (4 x 520 MW) - 1986 Uloen vyhoelho jadernho paliva

2015 PEL 25

Jadern reakce

Vazebn energie

2015 PEL 26

Jadern reakce

Jadern tpen

2015 PEL 27

Jadern elektrrny - palivo

Palivov element pesn lisovan tablety oxidu uraniitho uloen v trubce ze zirkonov slitiny

Palivov lnky sloeny z vodic konstrukce a palivovch ty uloench v distannch mkch

Chladivo odvod tepla z reaktoru, me slouit zrove jako modertor

Modertor slou ke zpomalen neutron (snen energie) pi etzov reakci, obklopuje

palivo i regulan tye v reaktoru (voda, deuterium, grafit) Regulan tye

podle poteby jsou zasouvny do aktivn zny, kde pohlcuj neutrony, zen vkonu reaktoru (br, kadmium)

Havarijn tye slou k rychlmu utlumen tpn reakce v ppad poruchy

2015 PEL 28

Jadern elektrrny - palivo

2015 PEL 29

Jadern reaktor

2015 PEL 30

Jadern elektrrny

Rozdlen reaktor Podle neutron

tepeln reaktory tpen jadernho paliva pedevm tepelnmi neutrony (do 1 eV)

rychl reaktory tpen jadernho paliva pedevm rychlmi neutrony (nad 0,1 MeV). Z U238

vznik tpiteln materil. Podle chladiva a modertoru

PWR (VVER) 63% tlakovou vodou chlazen a moderovan reaktor (Dukovany, Temeln)

BWR 21% vrouc vodou chlazen a moderovan reaktor

PHWR 11% tkovodn reaktor (CANDU)

BWGR (RBMK) 4% vrouc vodou chlazen, grafitem moderovan reaktor (ernobyl)

FBR 1% rychl mnoiv reaktor, bez modertoru, Na chlazen

2015 PEL 31

Jadern elektrrny

Technologick schma jendookruhov elna (BWR)

dvojokruhov elna (PWR)

2015 PEL 32

Decentralizovan vroba elektrick energie

Decentralizovan vroba elektrick energie: vpadek marginln neovlivuje kvalitu elektrick energie v sti elektina je vyrbna v mst spoteby, odpadaj penosov ztrty lokln problmy s pipojovn do st neodpovd tradin koncepci DS

Decentralizace soustavy je spjata s rozvojem obnovitelnch zdroj energie (OZE).

Pomoc OZE m bt zajitna ekologick vrobaelektrick energie:

energie vodnch tok slunen energie energie spalovnm biomasy energie vtru

2015 PEL 33

Vodn elektrrny (VE)

Dle vkonu mal (MVE) do 20 MW stedn velk nad 200 MW

Dle funkce prton bez akumulace akumulan - zadruj/akumuluj vodu v ndri

nejvt akumulan VE Orlk 4 x 91 MW peerpvac pracuj v genertorickm a erpadlovm reimu

nejvt peerpvac VE Dlouh Strn 2 x 325 MW Dle spdu

nzkotlak do 20 m stedotlak vysokotlak nad 100 m

2015 PEL 34

Zkladn charakteristika vodnch turbn

celk = 0,6 0,8

2015 PEL 35

Bnkiho turbna

Rovnotlak turbna Dvojnsobn prtok obnho kola, pro spd od 1 do 50 m

rozsah prtok je od 50 l do nkolika m3/s (MVE)

2015 PEL 36

Peltonova turbna

Rovnotlak turbna s vyuitm pro spdy nad 30 m a pro prtoky od 10 l/s Vyuv se ve vysokotlakch (horskch) oblastech

2015 PEL 37

Francisova turbna

Pouv se pro velmi nzk spdy od 0,8 m a pro velk prtoky i jako reverzn v peerpvacch elektrrnch se spdem a do 500 m

I jako reverzibiln stroj

2015 PEL 38

Kaplanova turbna

Petlakov vborn regulovateln turbna Vroba je pomrn nron, co se odr ve vych cench Pouv se pro spdy od 1 do 20 m, prtoky 0,1 a nkolik m3/s

(jezov a MVE)

2015 PEL 39

Solrn elektrrny

Slunen elektrrny fotovoltaick

statick x trackery sten x voln plochy slunen elektrrna s kolektory

vov slunen elektrrna (heliostat) slunen zen je soustedno soustavou naklpjcch zrcadel na v, na

jejm vrcholu je umstn tepeln vmnk uren pro ohev teplonosnho mdia (principiln jako PE)

2015 PEL 40

Fotovoltaick elektrrny

75 % energie dopad na nae zem v obdob duben z V R dopadne na 1 m vodorovn plochy zhruba 950 1340 kWh energie Ron mnostv slunench hodin se pohybuje v rozmez 1331 1844 hod innost max cca 20 % Doba vyuit maxima cca 10 %

1 MWh / 1 kW inst.

2015 PEL 41

FVE

Instalovan vkon plocha panely: 150 W/m2 men plochy cca 1 MW/ha = 100 W/m2 nad 5 MW instalovanho vkonu mus bt plocha vt 0,5 MW/ha

komunikace, vvody, mnie, TRF

2015 PEL 42

FVE - vkon

Demonstran systm FEL (K13113) total 3 kW

2015 PEL 43

FVE - vkon

9.10.5.2011

500

0

500

1000

1500

2000

2500

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00 0:0

0

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500PpSMW

erpnMW

FvEMW

SpotebaMW

2015 PEL 44

FVE - vkon

11.12.5.2011

500

0

500

1000

1500

2000

2500

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00 0:0

0

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500PpSMW

erpnMW

FvEMW

2015 PEL 45

Vtrn elektrrny

vy polohy nad 650 m n.m. nelze realizovat VTE a FVTE v CHKO

2015 PEL 46

Vtrn elektrrny

Rozvoj vtrn energetiky na zem R 90. lta 1. rozmach poruchy, stagnace zkon 180/2005 2. rozmach doasn stagnace

VS vyhvn lopatek, vytpn, osvtlen, ztrty

VTE v R

P = k . D2 . v3Ddlka lopatky (m)vrychlost vtru (m.s-1)kkoeficient (typ turbny, innost)

2015 PEL 47

Vtrn elektrrny

Rychlost vtru Weibullovo rozdlen Krytofovy Hamry 21 x 2 MW

2015 PEL 48

Konstrukn proveden VTE

Konstrukce rotoru vrtule VTE pevn pipojen lopatek k rotoru turbny pohybliv uloen lopatek k rotoru turbny

(pitch regulation) Genertory pouvan ve VTE

asynchronn genertory synchronn genertory dvojit napjen genertory (double-fed generator)

Pipojen VTE do elektrick st pm pipojen

(turbna pevodovka genertor) nepm pipojen

(turbna mni f genertor)

2015 PEL 49

Biomasa

sprvn spalovn biomasy uvolnn jen tolik CO2 kolik je absorbovno rostoucmi rostlinami

obsah zanedbatelnho mnostv sry nevznik SO2 hodnoty NOX zvis na obsahu duskatch ltek a zvis

na teplot spalovn teplota spalovn ni ne 500C uvolnn nesplench dehtovch plyn lapae neistot v komn vy obsah vody ni vhevnost spalovn ist biomasy

tuh kapaln plynn

spalovn biomasy a fosilnch paliv

2015 PEL 50

Biomasa Vhody:

zdroj energie nen vzn na lokality pstovn energetickch plodin likvidace odpad zbytek lze vyut jako hnojiva men negativn dopady na ivotn prosted

Nevhody: vy obsah vody ni vhevnost vy objem paliva vy skladovac prostory vysok investin nklady na vrobu bioplynu nutnost likvidace popela logistika psunu paliva

Situace vyuit biomasy v R vyuit rychlerostoucch devin (habr, ole, ) vyuit devnho odpadnho materilu (devn odtpky a krajinky z pil) obiln slma:

vyuit v energetice pouze 20 - 30 % hlavn vyuit v zemdlstv

2015 PEL 51

Dal OZE

Geotermln

Plivov

Pbojov

2015 PEL 52

Cena elektiny

K / MWh regulovan poloky (ER) systmov sluby, OTE, OZE, distribuce da z elektiny zkon . 261/2007 Sb., o stabilizaci veejnch rozpot

1656,76

105,27495,00

6,94

1213,00

28,30

736,1067

Cena elektiny 2015 - D02d EZ

distribuce energie

systmov sluby

vkup OZE a KVET

innost OTE

silovka

da z elektiny

DPH