Elektroenergetika

Martina Farkasová I.ročník PřF Ch-Bi

Obsah

Základní elektroenergetické pojmy Výroba elektrické energie v elektrárnách Bilance výroby a spotřeby el. energie Druhy elektráren a jejich schémata

Základní elektroenergetické pojmy

Elektrizační soustava - Soubor zařízení pro výrobu, přenos a spotřebu elektrické energie. Může být provozována samostatně nebo jako část propojené elektrizační soustavy.

Elektrická síť - Souhrn vedení a stanic téhož napětí galvanicky propojených, sloužících pro přenos a rozvod elektrické energie.

Nadřazená síť - Část elektrizační soustavy, která má z hlediska provozu větší důležitost než ostatní části, které napájí a jsou zpravidla nižšího napětí.

Přenosová síť - Část elektrizační soustavy, tvořící přenosovou cestu pro napájení velkých stanic nebo uzlů.

Rozvodná (distribuční) síť - Část elektrizační soustavy sloužící pro dodávku el. energie odběratelům.

Základní elektroenergetické pojmy

Instalovaný příkon - Součet všech jmenovitých příkonů připojených nebo připojitelných spotřebičů.

Instalovaný výkon - Součet všech jmenovitých výkonů výrobních jednotek připojených nebo připojitelných do elektrizační soustavy.

Pohotový výkon - Součet všech jmenovitých výkonů provozuschopných výrobních jednotek (instalovaný výkon zmenšený o výkony jednotek mimo provoz – opravy, havárie).

Diagram zatížení - Znázorňuje průběh výkonu (příkonu) na čase: roční (8760 hodin), měsíční (720 hodin), týdenní (168 hodin), denní (24 hodin).Množství spotřebované energie je úměrné ploše diagramu:

Maximální zatížení - Maximální příkon odebíraný nepřetržitě po dobu 15 minut za sledované období.

T

dttPW0

)(

Základní elektroenergetické pojmy

Střední zatížení - Průměrný příkon ve sledovaném období, kterým bychom odebrali stejné množství energie:

Minimální zatížení - Minimální příkon odebíraný nepřetržitě po dobu 15 minut za sledované období.

Základní zatížení - Oblast diagramu pod minimálním zatížením. Pološpičkové zatížení - Oblast diagramu mezi min. a středním

zatížením. Špičkové zatížení - Oblast diagramu nad středním zatížením. Doba využití maxima - Čas, za který bychom při odebíraném Pmax

odebrali energii jako při časově proměnném odběru v daném období:

T

dttP

P

T

str

0

)(

TP

dttP

dttPP

T

T

max

0

0max

)(

)(.

Základní elektroenergetické pojmy

Doba plných ztrát - Je čas, za který maximální odebíraný proud způsobí stejné ztráty jako časově proměnný proud ve sledovaném období:

Náročnost ß- Poměr maximálního příkonu k instalovanému příkonu:

Soudobost - Ukazuje vliv nesoudobosti maxima různých připojených zařízení. Výsledné maximum je menší než součet maxim jednotlivých zařízení:

2max

T

0

2

2max

T

0

2

Z

T

0

2Z

2max P

dt)t(P

I

)dt()t(I

dt)t(I.R.I.R

1P

P

i

max

1P.Pn

1kmaxnmaxC

Spotřeba ČR - 16.4.2003- pětiminutové hodnoty, max: 8395 MW (620), min: 6992 MW (300)

MWhdttPWT

9801857240720073507650804077507450762079608050*38270*2818082008330*2810073707050*271807240)(0

minut)(154,8max GWP

Špičkové zatížení

Pološpičkové zatížení

Základní zatížení

minut)(157min GWP

GWT

WPstr 75,7

24

185980

Výroba elektrické energie - tepelné elektrárny V tzv. klasických tepelných elektrárnách se v kotli ohřívá voda,

přeměňuje se v páru a ta uvádí do pohybu turbínu. Turbína pohání alternátor, který vyrábí elektrickou energii, jež je odváděna vedeními vysokého napětí.

Teplo se v tepelných elektrárnách vytváří v kotli spalováním fosilního paliva (tuhým palivem bývá černé a hnědé uhlí, kapalným palivem je ropa, oleje, mazut, plynným palivem je zemní plyn) nebo štěpením atomů.

Jaderné elektrárny jsou také tepelnými elektrárnami a od elektráren na fosilní paliva se liší tím, že mají místo parního kotle reaktor, v němž v jaderném palivu probíhá řízená řetězová štěpná reakce. Jaderným palivem bývá přírodní uran, uran obohacený izotopem U235 nebo plutonium.

Výroba elektrické energie - ostatní elektrárny Vodní elektrárny pohání voda z řek, příliv a odliv moře nebo energie

mořských vln. Vodní turbíny lze spustit během několika minut. Vodní energii, která je okamžitě k dispozici, lze proto jednoduše využít při náhlém zvýšení poptávky po elektrické energii. Vodní elektrárny nejsou tak složité jako elektrárny tepelné. Nepotřebují kotelnu a mají jednodušší turbíny. Lze je ovládat i dálkově a k obsluze stačí méně zaměstnanců. Vhodně doplňují tepelné elektrárny v elektrizační soustavě. Nevýhodou je, že nemohou stát všude, pouze tam, kde je dostatečný spád vody nebo kde je možné v nádrži naakumulovat dostatečné množství vody. Přílivové a příbojové elektrárny, nebo dokonce elektrárny využívající mořského vlnění lze stavět jen na příhodných místech. 

Ve světě pracují i sluneční a větrné elektrárny, ale zatím jen v zanedbatelném množství, protože sluneční a větrnou energii ještě nedokážeme dostatečně účelně využít. Sluneční a větrné elektrárny k výrobě určitého množství energie potřebují nesrovnatelně více prostoru než klasické elektrárny.

Na některých vhodných místech se stavějí geotermální elektrárny, které využívají tepla z nitra Země.

Schéma spalovací tepelné elektrárny

Kondenzační elektrárna

~

kotel

oběhové čerpadlo

přehřívákpáry

kondenzátor páry

turbína

potrubíspojka

generátor

20 MPa

kondenzační turbosoustrojí

10 - 15 kV

550 °C

Výroba elektrické energie

Tepelná účinnost Celková účinnost (do 40%)

kot

m

td

pot

ik0

g

t1, p1, i1

t

~

pk, ik, x

ts t

e tel

ko1

k1t ii

ii

potkotgmt

elt ....

Teplárna protitlaké

turbosoustrojí

~

tepelnýkonzum

tr, pr, ir

blokovýtransformátorVN / 400 kV

odběr tepla

Jaderná elektrárna

1. Reaktor, 2. Parogenerátor, 3. Čerpadlo, 4. Turbína, 5. Generátor, 6. Kondenzátor, 7. Přívod a odvod chladící vody

Materiály

Jaderné palivo

uran (U235, U233, U238), plutonium (Pu239), thorium (Th239)

- ve formě čistých kovů (kovová paliva)

- ve formě oxidů (keramická paliva) Moderátory a reflektory (zpomalují a odráží neutrony)

- těžká voda, grafit, berylium, polyfenyly Chladiva

- plynná (vzduch, CO2, helium)

- kapalná (roztavené soli – fluorid litný, fluorid berylnatý, fluorid zirkoničitý,

tekuté kovy – sodík a jeho slitiny s hořčíkem, vizmut s olovem, rtuť) Absorbční materiály (pro řízení a ochrany)

- materiály obsahující bór (borité oceli, kyselina boritá), hafnium, kadmium

Jaderná elektrárna Temelín

Jaderná elektrárna Temelín leží přibližně 24 km od Českých Budějovic a 5 km od Týna nad Vltavou. Elektřinu vyrábí ve dvou výrobních blocích s tlakovodními reaktory VVER 1000 typu V 320. Odběr technologické vody je zajištěn z vodního díla Hněvkovice na Vltavě, jehož vybudování bylo součástí výstavby elektrárny. Požadovanou kvalitu vody zaručují čističky odpadních vod na horním toku Vltavy především ve Větřní, Českém Krumlově a Českých Budějovicích. Na jaře 2003 se temelínská elektrárna s instalovaným elektrickým výkonem 2000  MW stala největším energetickým zdrojem České republiky.

Jaderná elektrárna Temelín

Vodní elektrárny

Kaplanova turbína (pro největší průtočná množství

a nejmenší spády 2-80m)

Vodní elektrárny

Francisova turbína(pro střední průtočná množství

a střední spády 17-400m)

Vodní elektrárny

Peltonova turbína(pro nejmenší průtočná množství

a nejvyšší spády 400-1700m)

Vodní elektrárny

Energetický ekvivalent

Účinnost

V-objem nádrže, H-spád, Q-průtok

Malé vodní elektrárny

výkon do 10 MW, účinnost kolem 80%

)(367

..kWh

HVE uo

)(..81,9

HQ

Pi

Přečerpávací elektrárny

Elektrárny s umělou nebo smíšenou akumulací

4 strojové uspořádání (turbína, alternátor, čerpadlo, motor)

3 strojové uspořádání (alternátor pracuje i jako motor)

2 strojové uspořádání (reverzní turbína pracuje i jako čerpadlo)

Zdroje

Internet Třinecké železárny – Technická knihovna Energetika Třinec a.s. Ottův slovník naučný

Zpracovala – Martina Farkasová

Odborná pomoc : VŠB Ostrava - Petr Farkas, Ciencala Jan VŠE Praha - Jaromír Rys Třinecké železárny – Ing. Marek Richter

Jan Warcop Energetika Třinec a.s. – Miroslav Szurman