UNIVERZA V LJUBLJANIFAKULTETA ZA STROJNI[TVO

MATIJA TUMA • MIHAEL SEKAV^NIK

PRESKRBA Z ELEKTRI^NO ENERGIJO IN TOPLOTOENERGETSKI SISTEMI

Tretja, izpopolnjena in predelana izdaja

LJUBLJANA 2004

Naslov dela: Energetski sistemi,preskrba z elektri~no energijo in toploto

Avtorja: prof. dr. Matija Tumadoc. dr. Mihael Sekav~nik

Recenzent: izr. prof. dr. Janez Oman

Lektor: dr. Jo`e Gasperi~, znan. svetnik

Oblikovanje ovitka: Veronika Saje

Oblikovanje in prelom: Miro Pe~ar

Zalo`nik: © Fakulteta za strojni{tvo, A{ker~eva ulica 6, LjubljanaEviden~na {tevilka: 188

Tisk: Tiskarna Ple{ko, d. o. o., Ljubljana

Naklada: 500 izvodov

Ljubljana, 2004

CIP – Katalo`ni zapis o publikacijiNarodna in univerzitetna knji`nica, Ljubljana

xxx.x(xxx.x)

TUMA, MatijaEnergetski sistemi : preskrba z elektri~no energijo in toploto/

Matija Tuma, Mihael Sekav~nik – 3. izdaja – Ljubljana :Fakulteta za strojni{tvo, 2004

ISBN 961-6238-xx-x1. Sekav~nik, Mihael11xxxxxxx

PREDGOVOR

Namen u~benika je, da bralcem olaj{a razumevanje zakonitosti pretvarjanja energijin da jim isto~asno daje osnove za nadaljnji poglobljeni {tudij v tej smeri. [eledobro poznanje spreminjanja ene vrste energije v drugo omogo~a strokovnjakom,da pri nekem energetskem procesu presodijo, kje lahko prihranijo energijo inkak{ne so realne mo`nosti, da ta prihranek dejansko uresni~ijo.

V posameznih poglavjih so obravnavane razli~ne mo`nosti spreminjanja ene vrsteenergije v drugo, pri tem je toplotnim postrojenjem odmerjen najve~ji del u~be-nika. V dana{njem ~asu spada namre~ dobro poznanje spreminjanja primarne ener-gije v sekundarno s toplotnim kro`nim procesom, skupaj z vsemi izgubami, ki sepojavljajo pri teh spremembah, k temeljni izobrazbi vsakega strokovnjaka – ener-getika.

Preskrba ~love{tva z energijo {e ni zadovoljivo re{ena. Znanstveniki si zelo pri-zadevajo, da bi ~im prej na{li nove vire primarne energije, katerih izkori{~anje bibilo tehni~no zanesljivo, gospodarsko upravi~eno in za okolje sprejemljivo. Tudidanes {e velja za vsa znanstvena prizadevanja misel Jo`efa Stefana (1835–1893),velikega fizika in v mladosti tudi pesnika, ki jo je napisal kot mlad privatni docentDunajske univerze:

»Nekaj bode zmeraj {e ostalo,da ne bomo vedeli, zakaj?«

(Jo`ef Stefan, Naturoznanske posku{nje, 1859)

V tretji izdaji u~benika so nekatera poglavja temeljito predelana, ve~ina jih jeposodobljenih, dodani so novej{i strokovni viri.

Tudi to izdajo je – kot obe predhodni – skrbno pregledal upokojeni profesor Boris^ernigoj, za kar se mu avtorja lepo zahvaljujeva.

Ljubljana, januar 2004 Matija Tuma in Mihael Sekav~nik

3

VSEBINA

Seznam ozna~b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1 Uvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2 Energetska postrojenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1 Namen in razdelitev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.1 Na~in obratovanja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1.2 Letni diagram pridobivanja energije . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2 Razpolo`ljivost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3 Gospodarnost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3.1 Stro{ki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3.2 Lastna cena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.3.3 Tr`na cena. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.4 Energetska postrojenja v Sloveniji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3 Klasi~ne termoelektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.2 Termodinami~ne osnove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.2.1 Parni kro`ni proces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.2.2 Mo~ in izkoristek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.2.3 Izbolj{anje parnega kro`nega procesa . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.3 Glavni sestavni deli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.3.1 Parni kotli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.3.2 Parne turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663.3.3 Kondenzatorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713.3.4 Hladilni sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.3.5 ^rpalke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.3.6 Regenerativni grelniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.3.7 Razplinjanje napajalne vode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063.3.8 Priprava napajalne vode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.4 Klasi~na termoelektrarna in okolje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

4 Jedrske elektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174.2 Delovanje jedrskih reaktorjev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1184.3 Termi~ni jedrski reaktorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4.3.1 Glavni sestavni deli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1244.3.2 Vrste termi~nih reaktorjev . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.3.3 Novi evropski tla~novodni reaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

4.4 Oplodni jedrski reaktorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1304.5 Primerjava med jedrsko in klasi~no elektrarno. . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.5.1 Parni kro`ni proces pri tla~novodnem in vrelnem reaktorju . . . . . . 1314.5.2 Posebnosti v elektrarnah s tla~novodnim in z vrelnim reaktorjem . . 136

4.6 Jedrska elektrarna in okolje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1414.6.1 Radioaktivni odpadki in odlagali{~a . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.6.2 Nezgode in nesre~e v jedrskih elektrarnah . . . . . . . . . . . . . . 1454.6.3 Razgradnja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

4 VSEBINA

5 Plinske elektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1495.2 Termodinami~ne osnove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

5.2.1 Plinski kro`ni proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1505.2.2 Mo~ in izkoristek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1535.2.3 Izbolj{anje plinskega kro`nega procesa . . . . . . . . . . . . . . . 158

5.3 Glavni sestavni deli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.3.1 Gorilniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.3.2 Plinske turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1675.3.3 Kompresorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1695.3.4 Regenerativni grelniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

5.4 Plinsko-parni proces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1715.4.1 Plinski kro`ni proces s prigrajenim parnim kro`nim procesom . . . . 1735.4.2 Parni kro`ni proces s prigrajenim plinskim kro`nim procesom . . . . 178

5.5 Plinska elektrarna in okolje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

6 Soproizvodnja elektri~ne energije in toplote . . . . . . . . . . . . . . 1836.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

6.1.1 Soproizvodnja s parnimi turbinami . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1846.1.2 Soproizvodnja s plinskimi turbinami. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1896.1.3 Soproizvodnja z motorji z notranjim zgorevanjem. . . . . . . . . . . 190

6.2 Termodinami~ne osnove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1916.3 Delitev stro{kov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1956.4 Industrijske toplarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2006.5 Izkori{~anje odpadne toplote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

7 Vodne elektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2037.2 Hidrodinami~ne osnove . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

7.2.1 Mo~ in izkoristek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2047.2.2 Pretok vode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

7.3 Vrste vodnih elektrarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2097.3.1 Preto~ne elektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2107.3.2 Zajezne (akumulacijske) elektrarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2107.3.3 ^rpalno-zajezne (akumulacijske) elektrarne . . . . . . . . . . . . . 211

7.4 Primerjava med vodno elektrarno in termoelektrarno . . . . . . . . . . . . 2147.5 Vodna elektrarna in okolje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

8 Nekonvencionalni energijski viri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2178.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2178.2 Son~no sevanje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

8.2.1 Sprejemniki son~ne energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2218.2.2 Son~ne celice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

8.3 Energija biomase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2278.4 Energija vetra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2288.5 Energija morja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

8.5.1 Notranja energija morja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2338.5.2 Energija morskih tokov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2348.5.3 Energija bibavice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

VSEBINA 5

8.5.4 Energija morskih valov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2368.6 Geotermi~na energija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

9 Prenos, shranjevanje in odjem energije . . . . . . . . . . . . . . . . 2399.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2399.2 Prenos energije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

9.2.1 Prenos elektri~ne energije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2409.2.2 Prenos toplote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

9.3 Shranjevanje energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2449.3.1 Shranjevanje elektri~ne energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2459.3.2 Shranjevanje toplote. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

9.4 Odjem energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2479.4.1 Odjem elektri~ne energije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2489.4.2 Odjem toplote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

10 Prihodnja preskrba z energijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25310.1 Zna~ilnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25310.2 Na~rtovanje preskrbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25510.3 Smotrna raba sedanjih energijskih virov . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25910.4 Magnetohidrodinami~ni generatorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26110.5 Vodik kot gorivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26210.6 Gorivne celice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

10.6.1 Nizkotemperaturne gorivne celice . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26710.6.2 Visokotemperaturne gorivne celice . . . . . . . . . . . . . . . . . 26810.6.3 Gorivne celice v kro`nih porcesih . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

10.7 Novi energijski viri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

Viri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Stvarno kazalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 VSEBINA

Seznam ozna~b

Latinske ~rke

^rka Pomen EnotaA anergija JA masno {tevilo –A plo{~ina, povr{ina, prerez m2

A razpolo`ljivost –a anuitetni faktor –B {irina mC stro{ki, cena EURC {tevilo prebivalcev –c specifi~ni stro{ki, specifi~na cena EUR/kW, EUR/kW h,

EUR/kg, EUR/m2

cp specifi~na toplota pri p = konst. J/(kg · K)cv specifi~na toplota pri v = konst. J/(kg · K)^D ~isti dobi~ek EUR/aD donos EURD premer mDP dru`beni proizvod EUR/(a · cap.)d efektivna dav~na stopnja –d premer mE eksergija J&E eksergijski tok J/s = W

e specifi~na eksergija J/kgF sila Nf frekvenca s–1

G konduktanca faznega vodnika W–1

g pospe{ek prostega pada (= 9,80665) m/s2

H vi{ina mHi kurilnost J/kg, J/m

3

Hs zgorevalna toplota J/kg, J/m3

h specifi~na entalpija J/kgI jakost elektri~nega toka AISD interna stopnja donosa –i {tevilo enot, stopenj, iteracijsko {tevilo –K konstanta –k Boltzmannova konstanta J/Kk toplotna prehodnost W/(m2· K)k {tevilo nevtronov –L dol`ina mM molska masa kg/mol

SEZNAM OZNA^B 7

^rka Pomen Enotam masa kg&m masni tok kg/s

NA nerazpolo`ljivost –NDT neto denarni tok EUR/aNSV neto sedanja vrednost EURn doba trajanja, eksponent, {tevilo itd. –n vrtilna frekvenca s–1

P mo~ Wp obrestna mera %p tlak Pa, barQ toplota J&Q toplotni tok J/s = Wq specifi~na toplota J/kg&q specifi~ni toplotni tok W/kg&q gostota toplotnega toka W/m2, W/m3

R elektri~ni ohmski upor WR pripravljenost –r diskontni faktor –r polmer mr specifi~na uparjalna/kondenzacijska

toplota J/kgS entropija J/Ks specifi~na entropija J/(kg · K)T temperatura, absolutna temperatura °C, Kt ~as h, st specifi~na poraba toplote –U inducirana elektri~na napetost VU izkori{~enost –U notranja energija Ju obodna hitrost m/su specifi~na notranja energija J/kgV prostornina m3

&V prostorninski tok m3/sv hitrost, splo{no m/sv specifi~na prostornina m3/kgW delo, energija Jw specifi~no delo, specifi~na energija J/kg

specifi~na energija na leto in prebivalca J/(a · cap.)wS gostota son~nega sevanja J/m

2

x razmerje, dele`, izguba –x suhost pare kg/kgy razmerje, dele` –

8 SEZNAM OZNA^B

Gr{ke ~rke

^rka Pomen Enotaα absorptivnost son~nega sevanja –α kot °α toplotna prestopnost W/(m2· K)α volumensko razmerje –ß kot °ß snovna prestopnost kg/(m2· s)Γ elasti~nost dru`benega proizvoda –γ sprejemni faktor –γ grelno {tevilo –D razlika –δ debelina mδ kot °ε eksergijsko {tevilo –ε prostorninski dele`, poroznost –ε tla~no razmerje –ζ eksergijski izkoristek –ζ koeficient izgub –η dinami~na viskoznost Pa · s, kg/(m · s)η energijski izkoristek –θ temperaturna razlika Kκ razmerje specifi~nih toplot (cp/cv) –κ stisljivost Pa–1λ koeficient trenja –λ razmernik zraka –λ toplotna prevodnost W/(m·K)λ valovna dol`ina mµ masno razmerje –ν kinemati~na viskoznost m2/sξ razmernik koncentracije –π reducirani tlak –π tla~no razmerje –ρ gostota kg/m3ρ reflektivnost son~nega sevanja –ρ stopnja reaktivnosti –ρ stopnja regeneracije –σ normalna napetost N/m2σ povr{inska napetost N/m, J/m2σ prihranek toplote –τ prepustnost son~nega sevanja –

GR[KE ^RKE 9

^rka Pomen Enotaτ reducirana temperaturaτ torzijska napetost Pa, barχ entalpijski razmernik –χ toplarni{ko {tevilo –ϕ kot °ϕ preto~no {tevilo –ϕ relativna vla`nost kg/kgψ tla~no {tevilo –ω kotna hitrost (2pf) rad–1ω reducirani volumen

10 GR[KE ^RKE

Va`nej{i indeksi

^rka PomenA absorpcija, amortizacija, razpolo`ljivosta aerodinami~ni, aksialni, razpolo`ljiviC Carnot, cevovod, son~na celica^ ~rpalka, ~rpalna postajaD dimni plinido dovedenidop dopustniE ekspanzija, elasti~nost, elektrarna, elektri~na energijae dejanski, efektivniF fluidf fiksen, stalenG generator, geodetska vi{inska razlika, gonilnik, gorilnikGo gorivo, gorilnikg te`nostH vi{inaI investicija, izguba, izolacija, izstop, izvedbai imenski, interni, komponenta, notranji, spodnji, vrsta snoviid idealniJ jezK kineti~na energija, kompresor, kompresija, kondenzat, konvekcija, kotel,

kotlarna, kuri{~ek koristnikk kon~ni/koristnikr kriti~niL lebde~a plastLR lastna rabam masam mehanski, povpre~ni, srednjimax maksimalnimin minimalnin nasi~enNA nerazpolo`ljivostNK nizkotla~ni kondenzatNR nizkotla~na hladilno-reducirna postajaNT nizkotla~na turbinaO obresti, okolicao opti~niod odvedeniopt optimalniP mo~

VA@NEJ[I INDEKSI 11

^rka PomenP para, pepel, plin, poraba, premog, prodajap tlakPa parno postrojenjePl plinsko postrojenjePM prenosna mre`aPP ponovno pregreta paraps primarni/sekundarniR pripravljenost, regeneracija, regulacija, re{etka, rezervoar, sprejemRM razdelilna mre`ar radialniS sevanje, sonce, stena, svetlobaSC son~na celicaSG sponke generatorjaSP para ali plin na vstopu v turbinoSt turbinska stopnjask sekundarni/kon~niT temperaturaT toplarna, toplota, transport, turbinaTr trenjet ~ast tangencialni, tehni~ni, termi~ni, tla~ni, toplotnitot totalniU izkori{~enost, notranja energijaU upor, utilizatoru notranji, obodni, tangencialniV valj, ventil, voda, vodilnikVG visokotla~ni grelnikVK visokotla~ni kondenzatVR visokotla~na hladilno-reducirna postajaVT visokotla~na turbinaVz vzgonv prostorninski, volumenskiv variabilen, gibljivW delo, energijaZ zrak, zvokZg zgorevanjez zunanjia konvekcija, vstopη viskoznostλ prevod toploteσ povr{inska napetost, sevanjew izstop∞ celotni

12 VA@NEJ[I INDEKSI

14

1UVOD

Od zdavnaj se je ~lovek udejstvoval na treh velikih podro~jih tehnike z namenom,da bi si ~im bolj olaj{al `ivljenje. Ta podro~ja je mogo~e opisati s pojmi "masa","energija" in "informacija", preglednica 1.1.

Preglednica 1.1. Obdelovalna in procesna tehnika, energetika in kibernetika

Masa Energija Informacija

Spremembageometrijske oblikemase

Sprememba fizikalnihin kemi~nih lastnostimase

Sprememba energije v`eleno obliko

Sprejem, prenos,shranjevanje inobdelava informacij

Obdelovalna tehnika Procesna tehnika Energetika Kibernetika

Izdelava orodja iz kosti, kamna in lesa pomeni zametek dana{nje obdelovalnetehnike, izdelava opeke, brona in stekla z uporabo ognja pa zametek dana{njeprocesne tehnike. Obdelovalna tehnika se torej ukvarja s spremembami oblikesnovi, procesna tehnika s spremembami strukture snovi, medtem ko se energetikaukvarja s spremembami energije iz ene oblike v drugo – najve~krat s spreminja-njem prvotne, primarne energije v drugo – tako, kakor jo `eli imeti porabnik.Energetika je dejavnost, ki oskrbuje gospodarstvo z energijo. Kibernetika pa jeskupno ime za sprejem, prenos, shranjevanje in predelavo tehni~nih informacij.

Za spreminjanje ene oblike energije v drugo so potrebni energetski stroji innaprave. ^e imamo opravka z ve~ stroji, kot sta to na primer motor z notranjimzgorevanjem in elektri~ni generator, imenujemo to energetski postroj. ^e gre zakopico razli~nih strojev in naprav, ki so med seboj funkcionalno povezani, kot je to

npr. v elektrarni, imenujemo to energetsko postrojenje. Ve~ postrojenj je povezanihv energetski sistem.

V nekem zaprtem in izoliranem procesu je vsota vseh energij konstantna. To jevsebina prvega glavnega zakona termodinamike: energije ni mogo~e uni~iti, mogo-~e pa jo je spremeniti iz ene oblike v drugo. Pri vsaki spremembi imamo opravka zizgubami; del energije se namre~ ne spremeni v `eleno obliko, ampak v tisto, ki nidobrodo{la, npr. v toploto namesto v delo. Izgube nastanejo:

– zaradi same narave pretvorbe ene oblike energije v drugo in– zaradi nepopolnih konstrukcij strojev in naprav.

Prvi glavni zakon termodinamike, ki govori o ohranitvi energije, ne pove ni~esar ouporabnosti posameznih vrst energije; ni va`no, za kak{ne vrste energije gre prinekem energetskem procesu: za delo, kineti~no, potencialno, elektri~no, notranjo,toploto itd. O kvaliteti energije govori drugi glavni zakon termodinamike, kjer se jeizkazala eksergija kot zelo ustrezna veli~ina za vrednotenje uporabnosti nekeenergije. Glede na prvi glavni zakon termodinamike so namre~ vse vrste energijemed seboj enakovredne. Druga~e pa gleda na razli~ne vrste energije gospodarstvo,zanj je zanimiva le tista vrsta, ki jo je mogo~e spremeniti v "uporabno" obliko,predvsem v mehansko ali elektri~no delo in toploto.

Termodinami~no gledano je za gospodarstvo predvsem pomembna t. i. prehodnaenergija (mehansko ali elektri~no delo, toplota), ne pa t. i. nakopi~ena energija(potencialna, kineti~na). Za nakopi~eno energijo je zna~ilno, da je v dani oblikiobstojna, medtem ko je za prehodno energijo zna~ilna njena kratkotrajnost. Pojav-lja se takrat, ko nakopi~ena energija menja svojo obliko, ko prehaja iz enegasistema v drug sistem.

Merilo za uspe{nost spremembe ene vrste energije v drugo imenujemo energijskiizkoristek. Definiran je kot razmerje energije (energijskega toka), ki je na razpolagopo kon~anem procesu, in energije (energijskega toka), ki je bila dovedena v proces:

η = = =W

W

W

W

P

Pdo do do

&

&

(1.01)

Eksergijski izkoristek je definiran enako: je razmerje med eksergijo (eksergijskimtokom), ki nam je na razpolago po kon~anem procesu, in eksergijo (eksergijskimtokom), ki je bila dovedena v proces:

ζ = =E

E

E

Edo do

&

&

(1.02)

Pravo merilo za vrednotenje in ocenitev popolnosti nekega energetskega procesa jenjegov eksergijski izkoristek, ki je lahko teoreti~no enak 1 prav za vsak proces.Vzrok, da je vedno manj{i od 1, je nepopolnost konstrukcij na{ih strojev in napravter nepopolnost na~ina, kako te stroje in naprave uporabljamo. Energijski izkoristekse od eksergijskega ne razlikuje, ~e imamo opravka z energijami, ki so popolnoma

16 1 UVOD

pretvorljive iz ene oblike v drugo. Druga~e pa je, ~e uporabljamo pojem energij-skega izkoristka pri tistih energijah, ki niso popolnoma pretvorljive, na primer pritoploti ali pri notranji energiji. To je eden od vzrokov, da se za toploto in notranjoenergijo uporabljata simbola Q in U, za vse druge vrste energije pa simbol W.Seveda pa velja za vse vrste energije ista merska enota. Pretvorba energije inizkoristek sta zato za vsakega strokovnjaka, ki se ukvarja z energetskimi problemi,dva nerazdru`ljiva pojma. Ena od njegovih osnovih nalog je, da pazi, da je spre-memba energije v `eleno obliko v nekem energetskem procesu, in {ir{e, v nekemenergetskem sistemu, ~im popolnej{a, da je torej izkoristek energetskega sistema~im ve~ji.

Da dobimo obliko energije, ki je prakti~no uporabna, je navadno potrebnih ve~sprememb. Za pomembnej{e oblike energije so uveljavljene naslednje definicije.

• Primarna energija je energija primarnih nosilcev energije; ti nosilci so bilidobljeni z izkori{~anjem naravnih energetskih virov in niso izpostavljeni {enobeni tehni~ni spremembi. Primeri: premog, naravni uran (iz rudnika), drva(iz gozda), surova nafta, zemeljski plin (iz vrtine), energija son~nega sevanja,potencialna energija vode, kineti~na energija vetra. Primarna energija je vednonakopi~ena energija.

• Sekundarna energija je tista, ki je na voljo iz primarne energije na mestuspremembe. Primeri: mehansko delo na osi mlinskega kolesa, elektri~naenergija na pragu termoelektrarne ali vodne elektrarne, toplota (para, vro~avoda) na pragu kotlarne, stisnjen zrak v kompresorski postaji, nadalje koks,trgovski premog, motorna goriva, zemeljski plin, nasekana drva v trgovini.

• Kon~na energija je tista, ki je na voljo porabniku na mestu uporabe {e predzadnjo tehni~no pretvorbo; navadno gre za sekundarno energijo, lahko pa tudiza primarno, npr. premog ali zemeljski plin za kurjavo. Primeri: daljinskatoplota (vro~a voda) za radiator, elektri~na energija za elektromotor, elektri~naenergija za `arnico, elektri~na energija za radio, stisnjen zrak pri obdelovalnemstroju. Kon~na energija je navadno prehodna energija.

• Koristna energija je tisti del kon~ne energije, ki koristi porabniku in je ciljnjegove uporabe: za mehansko delo, toploto, svetlobo in zvok. Primeri: toplotaiz radiatorja, mehansko delo motorja, svetloba iz `arnice, zvok iz radia.

Zgled. Gretje vode na gospodinjskem {tedilniku

Pri segrevanju vode na plinsko-elektri~nem gospodinjskem {tedilniku je trebaoceniti dejanski energijski izkoristek. (O posameznih vrstah izkoristka bo govor vnadaljevanju.)

Gretje vode z elektri~no energijo. Pri spremembi primarne energije (npr. zemeljskiplin) v sekundarno (elektri~na energija na pragu elektrarne) (ηps) je treba upo{tevatiizgube v kotlu (ηK), izgube zaradi nepopolne pretvorljivosti toplote v druge vrste

1 UVOD 17

energije (ηt), notranje (ηi) in mehanske izgube strojev (ηm), elektri~ne izgubegeneratorja (ηG) in izgube elektri~ne energije zaradi lastne rabe v elektrarni (ηLR):

ηps = ηK · ηt · ηi · ηm · ηG · ηLR = 0,58 · 0,88 · 0,89 · 0,98 · 0,96 · 0,94 = 0,40

Pri prenosu sekundarne energije iz elektrarne do porabnika (ηsk) nastanejo izgube velektri~ni prenosni (ηPM) in razdelilni mre`i (ηRM):

ηsk = ηPM · ηRM = 0,96 · 0,95 = 0,91

Pri gretju vode na elektri~nem {tedilniku se zopet izkoristi le del kon~ne energije:

ηkk = 0,65

^e torej grejemo vodo na gospodinjskem {tedilniku z elektri~no energijo, potem jedejanski energijski izkoristek od primarne do koristne energije:

ηeE = ηps · ηsk · ηkk = 0,40 · 0,91 · 0,65 = 0,24

V koristno energijo se pretvori samo 24 % primarne energije, 76 % energije gorivapa se spremeni v nizkotemperaturno toploto in gre brez koristi v okolico.

Gretje vode z zemeljskim plinom. Za prenos sekundarne energije (zemeljski plin) izplinarne do porabnika je potrebna tla~na energija, ki pa jo je pri tej oceni mogo~ezanemariti (ηps = 1). Prav tako ni upo{tevana energija za transport zemeljskegaplina od vrtine do plinarne, enako kot ni bila upo{tevana energije za transportzemeljskega plina do termoelektrarne (ηsk = 1). Primarna energija je torej enakasekundarni, in ta naprej kon~ni energiji. Pri gretju vode na plinskem {tedilniku sezopet izkoristi le del kon~ne energije:

ηkk = 0,75

^e grejemo vodo na gospodinjskem {tedilniku s plinom, potem je dejanski ener-gijski izkoristek od primarne do koristne energije v tem primeru:

ηeP = ηps · ηsk · ηkk = 1 · 1 · 0,75 = 0,75

V koristno energijo se spremeni 75 % primarne energije, 25 % energije goriva pase spremeni v nizkotemperaturno toploto in gre brez koristi v okolico.

Iz gornje ocene izhaja, da je pri gospodinjskem {tedilniku precej gospodarnej{egreti vodo s plinom kot pa z elektri~no energijo, saj je – gledano v celoti – prigretju vode z zemeljskim plinom potrebno pribli`no trikrat manj energije kot prigretju z elektriko!

18 1 UVOD

2ENERGETSKA POSTROJENJA

Poglavje obravnavana energetska postrojenja glede na njihovo vlogo v energet-skem sistemu, pojasnjuje pojme, kot so gospodarnost, razpolo`ljivost, izkori{~enostin pripravljenost. Zaradi svoje pomembnosti je gospodarnosti energetske nalo`beposve~ena posebna pozornost: razlo`eni so osnovni pojmi, prikazana strukturastro{kov in raz~lenjena upravi~enost nalo`be. Na koncu poglavja so zbrana po-membnej{a energetska postrojenja v Sloveniji.

2.1 Namen in razdelitev

2.1.1 Na~in obratovanja

Namen energetskih postrojenj je s ~im manj{imi stro{ki in s ~im ve~jim izkorist-kom primarno energijo spremeniti v obliko, ki je potrebna v vsakdanjem `ivljenju:v mehansko delo, toploto, svetlobo in zvok. Energetska postrojenja so za sodobno`ivljenje pomembna, kajti zadostna preskrba z energijo je eden od pogojev zadosego visoke `ivljenjske ravni. Najpopolnej{a oblika energije je elektri~na, saj joje mogo~e z odli~nim izkoristkom spremeniti v vse druge oblike. Zato bodo vnadaljevanju obravnavana predvsem energetska postrojenja, ki spreminjajo pri-marno energijo v elektri~no. Najva`nej{a so: parne elektrarne na fosilna in jedrskagoriva, plinske in plinsko-parne elektrarne ter vodne in vetrne elektrarne. V svetov-nem merilu se ve~ kot tri ~etrtine elektri~ne energije pridobiva v termoelektrarnah,najve~ v fosilnih in jedrskih elektrarnah, precej v plinskih, nekaj tudi z motorji znotranjim zgorevanjem. Manj kot ~etrtino energije dajejo vodne elektrarne, nekajmalega tudi drugi obnovljivi energijski viri.

Energetska postrojenja se razlikujejo predvsem po viru primarne energije, zanjihovo vlogo v energetskem sistemu pa je zna~ilno {tevilo obratovalnih ur na leto.Glede na to {tevilo so postrojenja razdeljena na tri skupine, slika 2.5.Postrojenja, ki obratujejo neprekinjeno ve~ji del leta (osnovno obratovanje, obra-tovanje v pasu), t > 6000 h/aZna~ilnosti: velika zanesljivost pri obratovanju in velik energijski izkoristek, pritermoelektrarnah nizki obratovalni (ceneno gorivo) in visoki investicijski stro{ki.Lastni stro{ki priprave take elektri~ne energije so nizki. Primeri: preto~ne vodneelektrarne, jedrske in ve~je fosilne elektrarne.Postrojenja, ki obratujejo ob delavnikih (dnevno obratovanje, obratovanje v tra-pezu), t = 1500–6000 h/aZna~ilnosti: enostaven zagon, pri termoelektrarnah srednje vrednosti za energijskiizkoristek, prav tako za investicijske in obratovalne stro{ke. Primeri: akumulacijskevodne elektrarne, parne in plinsko-parne elektrarne.Postrojenja, ki obratujejo samo pri velikem povpra{evanju po energiji (vr{no obra-tovanje, obratovanje v konici), t < 1500 h/aZna~ilnosti: enostaven in hiter zagon, pri termoelektrarnah manj{i energijski izko-ristek, nizki investicijski in visoki obratovalni stro{ki. Lastni stro{ki priprave takeelektri~ne energije so lahko visoki, prav tako je tr`na cena take elektri~ne energijevisoka. Primeri: ~rpalno-akumulacijske vodne elektrarne, Dieselovi motorji, plin-ske elektrarne, enostavne parne elektrarne.Energetska postrojenja v splo{nem ne obratuje vse leto, in kadar obratujejo, nevedno z imensko mo~jo. Vzroki so razli~ni. Toplotna postrojenja lahko sicerobratujejo z imensko mo~jo vse leto, vendar je povpra{evanje po elektri~ni energijiali toploti od dneva do dneva razli~no, in zato se elektri~na ali toplotna mo~postrojenja prilagaja trenutni potrebi. Potrebe po energiji so pozimi ve~je kotpoleti, v delavnikih ve~je kot ob nedeljah itd., o ~emer bo podrobnej{e govor vpoglavju o odjemu energije. Vodne in vetrne elektrarne tudi teoreti~no ne morejoobratovati z imensko mo~jo vse leto, saj se pretok vode in jakost vetra spreminjatav odvisnosti od ~asa.

2.1.2 Letni diagram pridobivanja energije

Obratovanje nekega postrojenja je navadno prikazano v urejenem letnem diagramupridobivanja energije: na ordinati je nane{ena mo~ (npr. na pragu elektrarne) aliveli~ina, ki je bistvena za izra~un mo~i, na abscisi ~as enega leta 8'760 ur. Plo{~inadiagrama pod krivuljo je torej neposredno ali posredno sorazmerna z letno proiz-vedeno energijo. Taka slika nastane, ~e je v ~asovnem razmiku (npr. enkrat na dan)na diagram nane{ena izbrana karakteristi~na veli~ina in urejena po velikosti.Slika 2.1 prikazuje urejeni diagram pridobivanja elektri~ne energije v termo-elektrarni. Na ordinatno os je nane{ena dejanska elektri~na mo~ Pe, na abscisno os~as enega leta. Glede na potek diagrama obratuje termoelektrarna nekaj ~asa spolno mo~jo, ve~ino ~asa z delno, nekaj ~asa v letu pa sploh ne obratuje.

20 NAMEN IN RAZDELITEV

Prav podoben diagram velja tudi za toploto, v tem primeru je na ordinatno osnane{en toplotni tok &Q, slika 2.2. Pri vodni elektrarni je namesto mo~i nane{en tokvode &V, ki je v ena~bi za mo~ vodne turbine najvplivnej{a spremenljivka, slika 2.3.Pri vetrni elektrarni pa je namesto mo~i nane{ena hitrost vetra pred vetrnico v0, kije najva`nej{a spremenljivka v ena~bi za mo~ vetrnice, slika 2.4.

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 21

Slika 2.1. Urejeni letni diagram pridobivanjaelektri~ne energije v termoelektrarni;

Pe = ηe · &m · DhA – imenska mo~, B – najmanj{a mo~, C – ter-moelektrarna ne obratuje

Slika 2.2. Urejeni letni diagram pridobivanjatoplote v kotlarni;

&Qe = ηe · &m · DhA – ogrevanje in sanitarna voda, B – sanitarnavoda preko poletja, C – kotlarna ne obratuje

Slika 2.3. Urejeni letni diagram toka vode zapridobivanje elektri~ne energije v hidroelek-trarni;

Pe = ηe · ρ · &V · g · DH

Slika 2.4. Urejeni letni diagram hitrosti vetra zapridobivanje elektri~ne energije v vetrni elek-trarni;

Pe = ηe · A · ν 03 / 2

Pomembnej{i kot urejeni letni diagram za eno energetsko postrojenje je urejeniletni diagram pridobivanja elektri~ne energije za skupek elektrarn v neki pokrajini,za neki energetski sistem, slika 2.5. Plo{~ina pod diagramom se navadno iz leta vleto rahlo pove~uje, z drugimi besedami: pokrajina potrebuje iz leta v leto ve~ ener-gije. Iz takega diagrama je med drugim mogo~e napovedati potrebe po elektri~nienergiji, izbor energetskega postrojenja itd.

2.2 Razpolo`ljivost

Postavitev energetskega postrojenja je navadno povezana z velikimi stro{ki, zato jetreba postrojenje tudi izkori{~ati. Obratovati mora ~im ve~ ur na leto in po mo`no-sti z vso mo~jo, skratka, njegova razpolo`ljivost mora biti ~im vi{ja. Nizkarazpolo`ljivost povzro~a najve~je gospodarske izgube, ki sploh lahko nastanejo;gospodarske posledice teh izgub precej presegajo izgube, ki nastanejo npr. zaradiposlab{anja izkoristka postrojenja.

Proizvajalec navadno jam~i samo za energijski izkoristek postrojenja, le v redkihprimerih tudi za njegovo razpolo`ljivost. Za visoko razpolo`ljivost jam~i samoproizvajal~evo dobro ime, njegove referen~ne liste, njegova servisna slu`ba itd.Razpolo`ljivost pa ni odvisna samo od proizvajal~eve opreme, ampak tudi odtehni~ne sposobnosti osebja, ki upravlja postrojenje. Podrobneje so ti pojmirazvidni iz preglednice 2.1. in s slik 2.6 in 2.7, od koder je mogo~e dobiti {e drugemedsebojne zveze, kot so izkori{~enost obratovanja postrojenja, pripravljenost innepripravljenost postrojenja za obratovanje itd.

22 RAZPOLO@LJIVOST

Slika 2.5. Urejeni letni diagram pridobivanja elektri~ne energije v pokrajini,A – obratovanje v pasu, B – obratovanje v trapezu, C – obratovanje v konici

Preglednica 2.1. Povezava med razpolo`ljivostjo, izkori{~enostjo inpripravljenostjo

Oznaka ^as (t) Mo~ (P) Delo, energija (W)

Skupaj

(i = 1)

Imenski ~as(koledarsko leto)ti = 8760 h

Imenska mo~

Pi

Imenska energija

Wi = Pi ⋅ tiIzkori{~enost (obrato-vanje) postrojenja(U)

Izkori{~eni ~as

tU

Izkori{~ena mo~

PU

Izkori{~ena (=proiz-vedena) energija

WU = PU ⋅ tUPripravljenostpostrojenja(R)

Rezervni ~as

tR

Rezervna mo~

PR

Rezervna energija

WR = PR ⋅ tU + PA ⋅ tRRazpolo`ljivostpostrojenja(A = U + R)

Razpolo`ljivi ~as

tA = tU + tR

Razpolo`ljiva mo~

PA = PU + PR

Razpolo`ljiva energija

WA = WU + WR

Nerazpolo`ljivostpostrojenja(NA = 1 – A)

^as, ki ni na razpolago

tNA = ti – tA

Mo~, ki ni na razpolago

PNA = Pi – PA

Energija, ki ni narazpolagoWNA = Wi – WA

Razpolo`ljivost postrojenja (Availability) A je definirana kot vsota izkori{~enosti(Utilization) U in pripravljenosti (Readiness) R.

^asovna razpolo`ljivost:

At t

ttU R=

+

i

(2.01)

Razpolo`ljivost mo~i:

AP P

PPU R=

+

i

(2.02)

Razpolo`ljivost energije (dela):

AP P

P

t t

t

P t

P t

P t

P t

(P P ) tW

U R U R U U R U U R=+

⋅+

=⋅⋅

+⋅⋅

++ ⋅

i i i i i i

R

P ti i⋅(2.03)

Razpolo`ljivost energije je razmerje, kjer je v {tevcu vsota dejansko proizvedeneenergije, topla ter hladna rezerva, v imenovalcu pa najve~ja mogo~a proizvedenaenergija. Topla rezerva je energija, ki je takoj na razpolago, pa zanjo ni potrebe(vrte~a se rezerva, postrojenje obratuje z zmanj{ano zmogljivostjo). Hladna rezer-va je energija, ki jo je po potrebi mogo~e proizvesti (mirujo~a rezerva, postrojenjeje pripravljeno, vendar ne obratuje). Podobna razmerja je mogo~e napisati tudi zaizkori{~enost in pripravljenost ~asa, mo~i in energije. Izkori{~enost energije je naprimer glavna ocena uspe{nosti obratovanje neke elektrarne. Za izkori{~enostenergije se uporablja tudi izraz obratovalni faktor (load factor).

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 23

24 RAZPOLO@LJIVOST

Slika 2.6. Obratovanje energetskega postrojenja: neurejeni, dejanski potek mo~i;A – topla rezerva, B – hladna rezerva

Slika 2.7. Obratovanje energetskega postrojenja: urejeni diagram povpre~ne mo~i;A – topla rezerva ( P tR U⋅∫ d ), B – hladna rezerva ( P tA R⋅∫ d )

Zgled. Obratovanje termoelektrarne

Termoelektrarna je obratovala v letu dni skupaj tU = 7700 h, od tega 7000 ur zimensko mo~jo 300 MW, 600 ur z mo~jo 250 MW (zaradi zmanj{anega povpra-{evanja po elektri~ni energiji) in 100 ur z mo~jo 200 MW (zaradi manj{e okvare nakotlu). Termoelektrarna ni mogla obratovati 700 ur zaradi rednega letnega teh-ni~nega pregleda in nadaljnjih 200 ur zaradi okvare generatorja, skupaj tNA = 900 h.Ostanek ~asa tR je termoelektrarna stala tehni~no pripravljena v (hladni) rezervi,slika 2.8.

^as v (hladni) rezervi:

tR = 8760 – 7700 – 900 = 160 h

^asovna izkori{~enost:

Ut =7700

8760= 0,879

^asovna pripravljenost:

Rt =160

8760= 0,018

^asovna razpolo`ljivost:

At =7700 160

8760

+= 0,897

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 25

Slika 2.8. Obratovanje termoelektrarne: urejeni diagram mo~i

Izkori{~enost energije (= obratovalni faktor):

Uw =300000 7700 250000 600 200000 100

300000 8760

⋅ + ⋅ + ⋅⋅

= 0,864

Pripravljenost energije:

UR =( )300000 250000 600

300000 8760

− ⋅⋅

= 0,011

Razpolo`ljivost energije:

AW =300000 7000 600 200000 100

300000 8760

⋅ + + ⋅⋅

( )= 0,875

Primer velja za eno termoelektrarno, {e va`nej{a pa je uporaba teh pojmov priobratovanju ve~ postrojenj skupaj.

2.3 Gospodarnost

Energetska postrojenja so draga, na~rtovanje in gradnja trajata ve~ let, v obrato-vanju so ve~ desetletij. Zato je jasno, da je gospodarnost obratovanja takihpostrojenj pomembna. Navadno je predmet ob{irnih tehni~nih in ekonomskihraziskav, tu bodo nekatere od teh nakazane. Izvedba neke nalo`be in njenoobratovanje nista odvisni le od njene tehni~ne zahtevnosti, pa~ pa tudi od njenegospodarnosti, ki bo v nadaljevanju podrobneje opisana.

2.3.1 Stro{ki

Slika 2.9 prikazuje zna~ilne finan~ne tokove v podjetju, ki omogo~ajo trajno poslo-vanje. Podjetje mora v za~etku dobiti lastni{ki in dol`ni{ki kapital iz zunanjihvirov, kar omogo~a investiranje v zemlji{~a, zgradbe, opremo in skupaj z obratnimkapitalom zagotavlja pokrivanje obveznosti iz poslovanja. Prihodki od poslovanjaso realizirani s prodajo izdelkov na trgu in pokrivajo stro{ke poslovanja. Ustvarjeneprihodke zmanj{ujejo stro{ki, ki jih lahko v tem poenostavljenem prikazu razvrsti-mo v dve skupini odhodkov.

• Poslovni odhodkiPri energetskih postrojenjih so to v prete`ni meri stro{ki goriva in dela, davkiter drugi stro{ki (vzdr`evanje postrojenj, potro{ni material itd.).

• Drugi odhodkiPri energetskih postrojenjih so to finan~ni odhodki, ki so povezani z investi-ranjem, prete`ni del teh sestavljajo amortizacija in obresti ter davek oddobi~ka.

Podjetje ustvarja dobi~ek, kadar na trgu ustvarjeni prihodki zado{~ajo za pokri-vanje vseh odhodkov in kadar ostane del finan~nega toka "prostega". V nasprotnem

26 GOSPODARNOST

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 27

Slika 2.9. Glavni finan~ni tokovi v obdobju enega leta

primeru, ko prihodki iz poslovanja ne zadostujejo za pokrivanje odhodkov, govo-rimo o izgubi.

Kadar podjetje ustvari dobi~ek, del le-tega pripada dr`avi. Govorimo o dobi~kupred obdav~itvijo, o ~istem dobi~ku ali pa o izgubi, ki so temeljne vrste poslovnegaizida. O porazdelitvi ~istega dobi~ka odlo~a v primeru delni{ke dru`be skup{~inadelni~arjev na predlog uprave in nadzornega sveta in se lahko v dolo~enem obsegunameni za izpla~ilo dividend, del pa ostane nerazporejen (zadr`ani dobi~ek) intvori skupaj z amortizacijo, zadr`animi dav~nimi obveznostmi nov investicijski inobratni kapital. ^e ta ne zadostuje za uresni~evanje razvoja podjetja, je nujnokapital pove~ati z zadol`evanjem in dokapitalizacijo podjetja.

Pri odlo~anju, optimiranju izvedbe in obratovanja energetskega postrojenja je po-membno ugotoviti strukturo posameznih stro{kov v ceni proizvoda. Poenostavljenovelja naslednja delitev:

• Stalni ali fiksni stro{ki Cf, so tisti, ki so v prete`ni meri neodvisni odobratovanja postrojenja.

• Gibljivi ali variabilni stro{ki Cv pa so tisti, ki v prete`ni meri nastanejo kotposledica obratovanja postrojenja.

Vsota stalnih in gibljivih stro{kov so skupni stro{ki:

C C C= +f v (2.04)

Pri proizvodnji elektri~ne energije so prete`ni del gibljivih stro{kov stro{ki goriva,zato lahko privzamemo premo sorazmerno odvisnost gibljivih stro{kov od proiz-vodnje elektri~ne energije. Pribli`ni potek stro{kov proizvodnje v odvisnosti od{tevila obratovalnih ur prikazuje slika 2.10, poenostavljeno razvrstitev stro{kovproizvodnje elektri~ne energije pa preglednica 2.2.

28 GOSPODARNOST

Slika 2.10. Stro{ki pri proizvodnji elektri~ne energije v odvisnosti od letnega{tevila obratovalnih ur

2.3.2 Lastna cena

Bolj kot absolutni stro{ki so zanimivi stro{ki na enoto proizvoda. ^e so skupnistro{ki normirani na letno proizvedeno elektri~no energijo, dobimo specifi~ne skup-ne stro{ke ali lastno ceno proizvedene elektri~ne energije:

cC C

P t=

+⋅

f v (2.05)

Iz ena~be izhaja, da specifi~ni stro{ki proizvodnje elektri~ne energije nara{~ajo zzmanj{evanjem {tevila obratovalnih ur, kar je razvidno tudi s slike 2.11. Povedanodruga~e: postrojenje proizvaja drago elektri~no energijo, ~e je njegova ~asovnaizkori{~enost majhna, in nasprotno. V primeru nizke ~asovne izkori{~enosti postro-jenja pomenijo specifi~ni stalni stro{ki prete`ni dele` specifi~nih skupnih stro{kov.Z nara{~anjem {tevila letnih obratovalnih ur se dele` specifi~nih stalnih stro{kovzmanj{uje.

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 29

Slika 2.11. Specifi~ni stro{ki pri proizvodnji elektri~ne energije v odvisnosti odletnega {tevila obratovalnih ur

Preglednica 2.2. Najpomembnej{i stro{ki pri proizvodnji elektri~ne energije

Vrsta stro{kov Specifikacija stro{kov

Stalni stro{ki

Stro{ki kapitala (obresti)Amortizacija

Odhodki, povezani zinvestiranjem

Stro{ki dela (pla~e)Stro{ki nadzora (finan~nega, tehni~nega)Davki in drugi stro{ki

Poslovni odhodki

Gibljivi stro{ki

Stro{ki gorivaVzdr`evanje postrojenja (redna in izrednapopravila)Potro{ni material

Dejansko ali prodajno ceno elektri~ne energije oblikuje trg (izjemoma vlada),neodvisno od izkori{~enosti postrojenja.

Vzemimo, da elektri~no energijo proizvajamo v razli~nih termoelektrarnah, npr. splinskim, parnim ali plinsko-parnim kro`nim procesom. Postavlja se vpra{anje,katero od postrojenj proizvaja elektri~no energijo z ni`jimi specifi~nimi skupnimistro{ki. Odgovor poi{~emo z analizo specifi~nih stro{kov, ki nastanejo pri proiz-vodnji elektri~ne energije za razli~na postrojenja. V strukturi specifi~nih stro{kovproizvodnje elektri~ne energije imajo najve~ji dele` naslednje tri vrste stro{kov:

• Stro{ki kapitala so stalni stro{ki. V prete`ni meri so to obveznosti zaradi obrestiiz najetih kreditov (dol`ni{ki kapital) in trajajo ves ~as amortizacije (odpla-~evanja) kreditov.

• Amortizacija sredstev je stalni stro{ek. Nastane zaradi prena{anja nabavnevrednosti sredstva na poslovne u~inke. Gre za postopno knjigovodsko raz-vrednotenje osnovnih sredstev s ~asovnimi odpisi skozi skupno dobo trajanjainvesticije.

• Stro{ki goriva so pri termoelektrarnah najpomembnej{i gibljivi stro{ki. Odvisniso od nabavne cene goriva in izkoristka postrojenja. Pri vodnih elektrarnah tehstro{kov nimamo.

Specifi~ni stalni stro{ki, tj. stro{ki kapitala in amortizacija, so razli~ni za razli~nevrste elektrarn in se z ve~anjem imenske mo~i postrojenja zni`ujejo. Imenska mo~pa ni edina neodvisna spremenljivka, sem spada {e mnogo drugih dejavnikov, kilahko bistveno vplivajo na spremembo specifi~nih investicijskih stro{kov, npr.izbira goriva, pomanjkanje prostora, nosilnost tal, zakonodajni, okoljevarstveni indrugi predpisi, na~in odvoda toplote iz postrojenja itd.

Na sliki 2.12 so prikazane okvirne vrednosti specifi~nih investicijskih stro{kov zarazli~na elektrarni{ka postrojenja v odvisnosti od imenske mo~i. Kot `e omenjenose pri elektrarni{kih postrojenjih izka`e, da so specifi~ni stalni stro{ki odvisnipredvsem od letnega {tevila obratovalnih ur (od ~asovne izkori{~enosti), specifi~nigibljivi stro{ki pa od stro{kov goriva.

Dejanska lastna cena (vsota vseh specifi~nih stalnih in gibljivih stro{kov) elek-tri~ne energije, proizvedene v dolo~eni elektrarni, se lahko ugotavlja le za nazaj napodlagi knjigovodsko izkazanih stro{kov. Zato se lastna cena elektri~ne energije vsplo{nem spreminja skozi skupno dobo amortizacije investicije.

Pri projektiranju novih postrojenj pa je pomembna vnaprej{nja ocena specifi~nelastne cene elektri~ne energije. V ta namen se uporablja izra~un sedanje vrednostilastne cene elektri~ne energije, ki se nana{a na za~etek amortizacije investicije. Vtem izra~unu sta specifi~na stro{ka kapitala in amortizacije zdru`ena v obliki speci-fi~nih stalnih investicijskih stro{kov kot anuiteta skupnega investiranega kapitala(investicije), ki se bo amortiziral (stro{ki investicije, graditve itd.).

Lastna cena elektri~ne energije je definirana po ena~bi (2.05) kot vsota specifi~nihstalnih in gibljivih stro{kov, ki so pa v nadaljevanju podrobneje specificirani:

30 GOSPODARNOST

cC a

P t

C

P t

cc=

⋅⋅

+⋅

+ +fI f0 vGo v0η= cA0 + cf0 + cGo + cv0 (2.06)

• Prvi ~len ena~be so specifi~ni stalni investicijski stro{ki (stro{ki anuitete).

CfI skupna vrednost investicije, ki se bo amortiziralaP na~rtovana letna elektri~na mo~t na~rtovani letni obratovalni ~asa anuitetni faktor

ar

r

r r

r

p p

pn

n

n

n

n=

−−

=⋅ −

=⋅ ++ −−

1

1

1

1

1

1 1

( ) ( )

( )(2.07)

n doba trajanja investicijer = 1 + p diskontni faktorp obrestna mera diskontnega faktorja

• Drugi ~len ena~be so specifi~ni stalni obratovalni stro{ki, to so stalni stro{kivzdr`evanja, zavarovanja in drugih pristojbin.

• Tretji ~len ena~be so specifi~ni stro{ki goriva; spadajo h gibljivim stro{kom.

cvGo nabavna cena gorivaη povpre~ni letni izkoristek postrojenja

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 31

Slika 2.12. Specifi~ni investicijski stro{ki za razli~na elektrarni{ka postrojenja vodvisnosti od mo~i;A – motorji z notranjim zgorevanjem Otto, B – manj{i motorji Diesel in manj{iplinski postroji, C – plinske elektrarne, ^ – motorji z notranjim zgorevanjemDiesel, D – plinsko-parne elektrarne, E – klasi~ne termoelektrarne, F – jedrskeelektrarne

• ^etrti ~len ena~be so specifi~ni gibljivi obratovalni stro{ki, to so stro{ki, ki sodejansko odvisni od obratovanja postrojenja.

Primerjajmo med seboj dve tehni~no popolnoma razli~ni postrojenji, slika 2.13.

– Postrojenje A je zaradi svoje dovr{enosti drago, obratuje pa z visokim izkorist-kom; specifi~ni stalni stro{ki so visoki, specifi~ni obratovalni stro{ki pa zaradidobrega izkoristka postrojenja nizki.

– Postrojenje B je tehni~no enostavnej{e in cenej{e v primerjavi s postrojenjem A,specifi~ni stalni stro{ki so nizki, specifi~ni obratovalni pa zaradi slabegaizkoristka visoki.

Podrobnej{a analiza skupnih specifi~nih stro{kov za postrojenji A in B poka`e, daje gospodarnost enega ali drugega postrojenja odvisna od letnega {tevila obrato-valnih ur. Pri obratovanju v pasu in trapezu (t = 1500–6000 h/a) izkazujepostrojenje A ni`je specifi~ne skupne stro{ke, torej ni`jo lastno ceno kot papostrojenje B. Tehni~no dovr{eno postrojenje A je torej pri velikem {tevilu letnihobratovalnih ur gospodarnej{e od enostavnega postrojenja. Nasprotno pa jepostrojenje B primernej{e za obratovanje v konici (t < 1500 h/a).

Za izbolj{anje gospodarnosti obratovanja torej ni smotrno uporabiti enakih ukrepovza razli~na energetska postrojenja. Pri postrojenjih z visoko izkori{~enostjo jesmotrno zni`evati specifi~ne gibljive stro{ke, torej stro{ke goriva, saj so le-tiprete`ni dele` lastne cene. Sem spadajo npr. zagotavljanje cenej{ega goriva innapori za izbolj{anje izkoristka postrojenja. Nasprotno pa so pri postrojenjih znizko letno izkori{~enostjo odlo~ilnega pomena stro{ki investicije in z njo povezanistro{ki kapitala. Pri takih postrojenjih napori za izbolj{anje izkoristka niso smotrni,saj ne vplivajo bistveno na zni`anje lastne cene.

32 GOSPODARNOST

Slika 2.13. Specifi~ni skupni stro{ki proizvodnje elektri~ne energije v odvisno-sti od letnega {tevila obratovalnih ur;A – tehni~no dovr{eno postrojenje, B – tehni~no enostavno postrojenje

Zgled. Specifi~ni stro{ki proizvodnje elektri~ne energije

Izra~unajmo specifi~ne skupne stro{ke proizvodnje elektri~ne energije za obdobjeenega leta, in sicer za na~rtovani plinski postroj in za plinsko-parno postrojenjeenakih imenskih elektri~nih mo~i Pe = 200 MW. V obravnavanem obdobju nasto-pajo samo stalni stro{ki, povezani z investiranjem (stro{ki anuitete) in stro{kigoriva. Drugi stro{ki so za red velikosti ni`ji in jih zaradi poenostavitve ne upo{te-vamo.

Vrednosti za prera~un plinskega postroja so z diagrama na sliki 2.12 in preglednice2.3:

CI = cI · P = 350 · 200 · 103 = 70'000'000 EUR

Anuitetni faktor:

ap p

p

n

n=

⋅ ++ −

=⋅ +

+ −( )

( )

, ( , )

( , )

1

1 1

0 06 1 0 06

1 0 06 1

20

20= 0,08718

Stalni stro{ki, povezani z investiranjem (stro{ki anuitete), zdru`ujejo letne stro{keamortizacije in obresti za najeta posojila in so ra~unsko enaki v skupni dobi amor-tizacije investicije:

CA0 = CI · a = 70'000'000 · 0,08718 = 6'102'919 EUR/a

Specifi~ne investicijske stro{ke cA dobimo, ~e izra~unano vrednost delimo z elek-tri~no energijo, pridobljeno v enem letu. Ta je na~eloma odvisna od letnega {tevilaobratovalnih ur, zato lahko specifi~ne stalne stro{ke zapi{emo kot funkcijo ~asa:

cA0 =C a

P t t tI ⋅⋅

=⋅

⋅ =6 102 919

200 10

1 30 5153

' ' ,EUR/kW h

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 33

Preglednica 2.3. Podatki za izra~un specifi~nih skupnih stro{kov proizvodnjeelektri~ne energije v plinskem in v plinsko-parnem postrojenju

PodatkiOznaka, merska

enotaPlinski postroj

B

Plinsko-parnopostrojenje

A

Specifi~ni investicijski stro{kicI

EUR/kW350 500

Obrestna mera najetih posojilp%

6,0 6,0

Doba trajanja investicijena

20 20

Nabavna cena gorivacvGo

EUR/GJ3,30 3,30

Povpre~ni letni izkoristekpostrojenja

η%

33 52

Specifi~ni stro{ki goriva so enaki kvocientu nabavne cene goriva in povpre~negaletnega izkoristka postrojenja in so ves ~as obratovanja investicije enaki:

cGo =cvGoη

= ⋅3 3

0 33

3600

10 6,

,

'= 0,036 EUR/kW h

Specifi~ni skupni stro{ki so vsota vseh specifi~nih stro{kov in so funkcija {tevilaletnih obratovalnih ur:

c t c c t c( ) ( )= = +∑i

A0 Go

Tudi vrednosti za prera~un plinsko-parnega postrojenja so z diagrama na sliki 2.12in iz preglednice 2.3. Rezultate prera~unov prikazujeta slika 2.14 in preglednica2.4.

Iz primerjave specifi~nih skupnih stro{kov za obe postrojenji po sliki 2.15 je leporazviden mejni ~as izkori{~enosti 1000 h/a, ki z vidika gospodarnosti razmejuje obepostrojenji: pri ~asovni izkori{~enosti do 1000 h/a je gospodarnej{e obratovati zenostavnim plinskim postrojem, pri izkori{~enosti nad tem ~asom pa ka`e inve-stirati v dra`ji plinsko-parni proces.

Lastna cena elektri~ne energije je torej bistveno odvisna od:

– vrste postrojenja– stro{kov goriva in– {tevila ur obratovanja.

^e bi bila poraba elektri~ne energije konstantna, bi jo najceneje proizvajali izelektrarn, ki obratujejo v pasu. Dejansko pa se poraba elektri~ne energije medletom zelo spreminja, zato je koni~no elektri~no energijo bolj smotrno proizvajati vcenej{ih postrojenjih, ~eprav z vi{jo lastno ceno. Dejanska cena elektri~ne energijev konici je zaradi ve~jega povpra{evanja vi{ja in mora v na~elu pokriti tudi vi{jolastno ceno.

34 GOSPODARNOST

Preglednica 2.4. Primerjava stro{kov za plinsko in plinsko-parno postrojenjeenakih mo~i

Specifikacija stro{kov Merska enotaPlinski postroj

B

Plinsko-parnopostrojenje

A

Stro{ki investicijeCI

EUR70'000'000 100'000'000

Stalni stro{ki, povezani zinvestiranjem (stro{ki anuitete)

CAOEUR/a

6'102'919 8'718'456

Specifi~ni stalni stro{ki, povezaniz investiranjem

cIEUR/kW h

30,515 / t 43,592 / t

Specifi~ni stro{ki gorivacGo

EUR/kW h0,0360 0,0228

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 35

Slika 2.14. Specifi~ni skupni stro{ki za plinsko-parno (A) in za plinsko (B) po-strojenje

Slika 2.15. Primerjava specifi~nih skupnih stro{kov za plinsko-parno (A) inplinsko (B) postrojenje

2.3.3. Tr`na cena

Zanima nas, ali je neka nalo`ba gospodarsko upravi~ena ali ne. Pri presoji je trebaoceniti osnovne zna~ilnosti denarnega toka v vsej dobi trajanja investicije. Denarnitok se nana{a tako na investicijske stro{ke (navadno v za~etku), kakor tudi nadenarne donose in odlive od nalo`be v dobi trajanja investicije. Za vrednotenjestro{kov investicije se uporablja izraz neto denarni tok v obdobju enega leta NDT;definicija:

Neto denarni tok = ~isti dobi~ek + stro{ki amortizacijeNDT = ^D + CA (2.08)

^asovna odvisnost neto denarnega toka NDT, na sliki 2.9 je ozna~ena {rafirano, jezajeta z diskontnim faktorjem r = 1 + p, ki je naveden pri ena~bi (2.07).

Sedanji u~inek neto denarnega toka v dobi trajanja investicije dobimo tako, da zaneto denarne tokove, ki prihajajo v razli~nih ~asih, izra~unamo njihovo ekviva-lentno (diskontirano) sedanjo vrednost, preden jih se{tejemo (ali od{tejemo, ~e sonegativni). Od dobljene vrednosti od{tejemo stro{ke investicije, slika 2.16. Za to seuporablja izraz neto sedanja vrednost investicije NSV; definicija:

NSVNDT

rCi

ii

t

= −=∑

0I (2.09)

kjer je NDTi neto denarni tok, tI ~as trajanja investicije in CI stro{ki investicije, kinastopijo v za~etku (investicijski vlo`ek).

Investicija je gospodarsko upravi~ena, ~e je pri danih stro{kih kapitala (obrestnimeri) njena neto sedanja vrednost pozitivna: NSV > 0. Metoda ima {e bolj{ouporabnost, kadar je treba presoditi najbolj{o gospodarnost med ve~ alternativnimiinvesticijskimi projekti. Najbolj{a nalo`ba je tista, ki ima pri verodostojnoocenjenih neto denarnih tokovih in enaki ceni kapitala ve~jo neto sedanjo vrednostNSV.

Slika 2.16. Ra~unanje neto sedanje vrednosti investicije

Zgled. Neto sedanja vrednost

Nekatere zna~ilnosti uporabe metode si oglejmo na naslednjem zgledu. Zaplinsko-parno postrojenje iz prej{njega zgleda izra~unajmo neto sedanjo vrednost

36 GOSPODARNOST

investicije NSV. Zaradi enostavnosti in nazornosti vzemimo, da nastopajo v denar-nem toku poleg donosov od prodaje elektri~ne energije le {e stro{ki za nabavogoriva in davek od dobi~ka. Drugi podatki so razvidni iz preglednice 2.5.

Letni donos od prodane elektri~ne energije:

D = P · t · cP = 200 · 103 · 7'000 · 0,03 = 42'000'000 EUR/a

Letni stro{ki goriva:

CGo =P t

c⋅

=⋅ ⋅

⋅ ⋅η vGo

200 10 7 000

0 523 30

3600

10

3

6

'

,,

'= 31'984'615 EUR/a

Za oceno neto denarnega toka je treba glede na ena~bo (2.08) ugotoviti ~isti dobi-~ek. Donos od prodane elektri~ne energije je treba zmanj{ati za stro{ke goriva instro{ke amortizacije ter pla~ati davek:

^D = (1 – d) · (D – CGo – CA) (2.10)

^D = (1 – 0,178) · (42'000'000 – 31'984'615 – 5'000'000) = 4'122'646 EUR/a

Neto denarni tok je v dobi trajanja investicije nespremenjen, saj smo predpostavili,da se izkori{~enost postrojenja kakor tudi drugi podatki, ki dolo~ajo ~isti dobi~ek,ne spreminjajo:

NDT = ^D + CA = 4'122'646 + 5'000'000 = 9'122'646 EUR/a

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 37

Preglednica 2.5. Podatki za izra~un neto sedanje vrednosti investicije NSV zaplinsko-parno postrojenje

Podatki OznakaPlinsko-parno

postrojenje

Imenska mo~ postrojenjaP

MW200

Stro{ki investicijeCI

EUR100'000'000

Stro{ki amortizacije (linearnastopnja)

CAEUR/a

5'000'000

Nabavna cena gorivacvGo

EUR/GJ3,30

Prodajna cena elektri~ne energijecP

EUR/kW h0,03

Povpre~ni letni izkoristek postrojenjaη%

52

Izkori{~enost postrojenjat

h/a7'000

Efektivna dav~na stopnjad%

17,8

Obrestna merap%

6,0

Rezultat kon~nega izra~una neto sedanje vrednosti investicije NSV (p = 6 %)prikazuje preglednica 2.6.

Ugotavljamo, da je neto sedanja vrednost NSV za dane podatke pozitivna, njenavi{ina pa nam pove, kolik{no je pove~anje premo`enjskega stanja investitorja(prera~unano na sedanjo vrednost) kot posledica u~inkov denarnih tokov v ~asutrajanja investicije. V opisanem primeru proizvodnje elektri~ne energije je netosedanja vrednost neposredno odvisna od razmer na trgu kapitala (od stro{kovkapitala, to je obrestne mere najetih kreditov), pa tudi od prodajne cene elektri~neenergije in nabavne cene goriva na trgu. Najprej si poglejmo prvo odvisnost.Ponovni izra~un neto sedanje vrednosti nalo`be pri obrestni meri p = 7 % (drugivhodni podatki se ne spremenijo) nam da negativen rezultat:

NSV (p = 7 %) = – 3'354'557 EUR

kar pomeni, da nalo`ba gospodarsko ni upravi~ena.

38 GOSPODARNOST

Preglednica 2.6. Rezultat izra~una neto sedanje vrednosti NSV

LetoVrednostinvesticije

EUR

Neto denarni tokEUR

Diskontiranavrednost

EUR

0 – 100'000'000 – 100'000'000

1 9'122'646 8'606'270

2 9'122'646 8'119'123

3 9'122'646 7'659'550

4 9'122'646 7'225'990

5 9'122'646 6'816'972

6 9'122'646 6'431'106

7 9'122'646 6'067'081

8 9'122'646 5'723'661

9 9'122'646 5'399'680

10 9'122'646 5'094'038

11 9'122'646 4'805'696

12 9'122'646 4'533'676

13 9'122'646 4'277'053

14 9'122'646 4'034'955

15 9'122'646 3'806'562

16 9'122'646 3'591'096

17 9'122'646 3'387'826

18 9'122'646 3'196'062

19 9'122'646 3'015'153

20 9'122'646 2'844'484

Neto sedanja vrednost NSV (p = 6 %) 4'636'033

O~itno obstajajo neki stro{ki kapitala, pri katerih neto sedanja vrednost spremenipredznak. Pri tej obrestni meri je vsota denarnih tokov, diskontiranih na sedanji tre-nutek, natanko enaka investicijskemu vlo`ku. Obrestno mero, pri kateri se to zgodi,imenujemo interna stopnja donosa ISD:

NDT p ISD

r p ISDCi

ii

t

I

( )

( )

==

− ==∑

0

0 (2.11)

V primerjavi z izra~unom neto sedanje vrednosti gre v zgornji ena~bi za inverzniproblem, katerega re{itev dobimo z eno od numeri~nih metod re{evanja nelinearnihena~b, pribli`no pa jo lahko ocenimo tudi grafi~no, slika 2.17. Za obravnavani pri-mer je interna stopnja donosa ISD = 6,57 %.

Interna stopnja donosa ISD pove, kak{ni so najve~ji stro{ki kapitala, pri katerihneto denarni tok NDT {e povrne za~etni investicijski vlo`ek.

Prodajna cena elektri~ne energije dolo~a neposredno vi{ino neto denarnega toka, stem pa na dolgi rok tudi neto sedanjo vrednost nalo`be, slika 2.18. Podobno kot pristro{kih kapitala obstaja tudi pri prodajni ceni elektri~ne energije neka mejna cena,pri kateri se vrednost nalo`be ohranja in je zatorej njena neto sedanja vrednostenaka ni~. Vsebinsko gledano je to cena, ki smo jo na druga~en na~in opisali kotlastno ceno elektri~ne energije, ki v ~asu trajanja dobe investicije natanko pokrijevse stro{ke.

Na sliki 2.19 je za obravnavani primer podana analiza neto sedanje vrednosti vodvisnosti od stro{kov goriva. Ugotavljamo, da se pri nara{~anju stro{kov gorivaneto denarni tok zmanj{uje, dokler pri neki mejni vrednosti teh stro{kov le-ta nezamenja predznaka.

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 39

Slika 2.17. Neto sedanja vrednost v odvisnosti od obrestne mere

Dejansko se zaradi razvoja dogodkov na trgih kapitala elektri~ne energije inenergentov razmere stalno spreminjajo. Napoved neto denarnih tokov je zaradi tegazahtevna naloga, tveganje nepravilnih ocen in odlo~itev pa se zmanj{uje z dolgo-ro~nim poznanjem razmer na teh trgih.

40 GOSPODARNOST

Slika 2.19. Neto sedanja vrednost v odvisnosti od nabavne cene goriva

Slika 2.18. Neto sedanja vrednost v odvisnosti od prodajne cene elektri~neenergije

2.4 Energetska postrojenja v Sloveniji

Slovenija je revna s primarnimi energijskimi viri, saj mora zunaj dr`ave kupovative~ kot 60 % primarne energije. Od primarnih energijskih virov imamo domapremog slab{e kakovosti, medtem ko so uranova ruda ter skoraj vsa surova nafta inzemeljski plin uvo`eni.

2 ENERGETSKA POSTROJENJA 41

Preglednica 2.7. Imenska mo~ na pragu elektrarne za ve~je vodne elektrarnev Sloveniji. Stanje leta 2002

HidroelektrarnaZa~etek

obratovanja,leto

[tevilo turbinImenska mo~

MW

DravogradVuhredVuzenicaMariborski otokO`baltZlatoli~jeFalaFormin

1954/991955/571957/991960/991960/621968/891977/91

1978

33333332

2560535560

13460

112

Skupaj, Drava 1954–1999 23 559

MosteMedvodeMav~i~eVrhovo

1914/77195319871993

6223

28224041

Skupaj, Sava 1914–1993 13 131

Plu`naLogHubeljDoblarPlaveAjbaSolkanZadla{~ica

19311931193119391940197519841989

11132132

222

30184

3210

Skupaj, So~a 1931–1989 14 100

Sava BrodSavicaSoteskaCezlakSava KranjLom{~ica

19281949

1979/98198519891991

222241

122122

Skupaj, druge 1914–1998 13 10

Skupaj, Slovenija 1928–1999 63 800

Preglednice 2.7, 2.8 in 2.9 prikazujejo imensko mo~ vseh ve~jih termo- in hidro-elektrarn. V letu 2001 so termoelektrarne na fosilna goriva proizvedle 38 %,jedrska elektrarna 36 %, vodne elektrarne 26 % elektri~ne energije (od tega skorajtri ~etrtine elektrarne na Dravi, elektrarne na Savi in So~i pa eno ~etrtino).

Nazornej{a je slika, ~e povpre~no letno porabo te energije razdelimo na zimski inletni del. V zimskem delu leta je bilo proizvedenih pribli`no 54 % vse elektri~neenergije, v poletnem pa 46 %. V zimskem (poletnem) delu leta so proizvedletermoelektrarne na fosilna goriva 40 % (32 %) vse elektri~ne energije, jedrskaelektrarna 39 % (31 %) in vodne elektrarne 21 % (37 %).

V zimskih {estih mesecih so v Sloveniji potrebe po elektri~ni energiji ve~je, 79 %te porabe morajo pokrivati termoelektrarne, saj hidroelektrarne nimajo dovolj vode.Poleti so potrebe po elektri~ni energiji nekoliko manj{e, 37 % te porabe pokrivajohidroelektrarne, termoelektrarne pa so deloma v pripravljenosti, deloma imajoredne letne preglede. Ta razmerja se od leta do leta malo spreminjajo.

Preglednica 2.8. Imenska mo~ na pragu elektrarne za ve~je parne in plinsketermoelektrarne v Sloveniji. Stanje leta 2002

TermoelektrarnaZa~etek

obratovanja,leto

[tevilo turbinImenska mo~

MW

[o{tanj 1 in 2[o{tanj 3[o{tanj 4[o{tanj 5TrbovljeLjubljana 1/2Ljubljana 3Kr{koBrestanica, plin

1956196019721977196819671984

1981/002001

211112112

6075

2753451256450

705228

Skupaj 1956–2001 12 1927

Preglednica 2.9. Imenska mo~ na pragu elektrarne za plinsko-parni termo-elektrarni v Sloveniji. Stanje leta 2002

TermoelektrarnaZa~etek

obratovanja,leto

[tevilo turbinImenska mo~

MW

BrestanicaTrbovlje

1943/61/751956/76

3 + 22 + 1

69 + 26 = 9563 + 20 = 83

Skupaj 1956–1976 5 + 3 132 + 46 = 178

Iz preglednic je razvidno, da so nekatere elektrarne `e precej stare in se uporabljajozato le {e kot rezervne enote. To velja predvsem za termoelektrarne.

42 ENERGETSKA POSTROJENJA V SLOVENIJI

3KLASI^NE TERMOELEKTRARNE

Poglavje obravnava klasi~ne elektrarne s parno turbino, ki kemi~no vezano ener-gijo fosilnih goriv (premog, teko~a in plinasta goriva) s parnim kro`nim procesomspreminjajo v sekundarno energijo v obliki elektri~ne energije. Prikazuje osnovedelovanja, glavne zna~ilnosti, pomembnej{e sestavne dele parnega turbinskegapostrojenja ter vpliv termoelektrarne na okolje.

3.1 Zna~ilnosti

Klasi~ne elektrarne na fosilna goriva so hrbtenica energetike ve~ine dr`av. VSloveniji proizvedejo take elektrarne pribli`no tretjino vse elektri~ne energije,drugo dobimo iz jedrske elektrarne in vodnih elektrarn.

Klasi~ne elektrarne na fosilna goriva imajo dolgo trajnostno dobo, dober izkoristek,primerne so za prav vse vrste goriva, graditi je mogo~e zelo velike enote. Posta-vitev klasi~ne termoelektrarne zahteva za vgrajeni kilowat mo~i zelo velika investi-cijska sredstva, precej{nja so tudi obratovalna sredstva, najve~ji del obratovalnihsredstev pride na gorivo. Ve~ o tem je napisano v poglavju o gospodarnosti elek-trarn.

Prerez skozi termoelektrarno, ki je sestavljena iz kopice strojev in naprav,prikazuje slika 3.1. V Sloveniji so najve~je klasi~ne termoelektrarne v [o{tanju,Ljubljani in Trbovljah.

44 ZNA^ILNOSTI

Slika 3.1. Prerez klasi~ne termoelektrarne; A – parna turbina; B – kondenzator,C – parni kotel; ^ – elektrofilter; D – raz`veplevalna naprava; E – dimnik

3.2 Termodinami~ne osnove

3.2.1 Parni kro`ni proces

Kro`ni proces teoreti~no poteka med dvema izentropama in dvema izobarama. Pritem delovna snov – navadno voda – v procesu spremeni agregatno stanje: v parnemkotlu preide iz teko~ega v plinasto stanje, in v kondenzatorju ponovno v teko~e.Osnovni kro`ni proces poteka v dveh strojih (parna turbina in napajalna ~rpalka) indveh napravah (parni kotel in kondenzator). Kro`ni proces je zaprt, skoraj vednoima regenerativno gretje vode, pri ve~jih enotah pa {e ponovno pregrevanje pare.

Teoreti~ni parni kro`ni proces z regenerativnim gretjem napajalne vode in ponov-nim pregrevanjem pare ter shemo klasi~ne termoelektrarne na fosilna gorivaprikazuje slika 3.2. V takem procesu privzamemo v prvem pribli`anju izentropnokompresijo in ekspanzijo (brez notranjih nepovra~ljivosti) ter izobarni dovod inodvod toplote (brez preto~nih uporov). Idealni proces poteka takole:

1 – 2 s = konst. 1W2 > 0, 1Q2 = 0

dvig tlaka napajalne vode s ~rpalko za kondenzat od tlaka v kondenzatorju do tlakav rezervoarju napajalne vode (za delovanje postrojenja rezervoar napajalne vode ninujno potreben);

2 – 3 p = konst. 2W3 = 0, 2Q3 > 0

regenerativno gretje napajalne vode v nizkotla~nih grelnikih;

3 – 4 s = konst. 3W4 > 0, 3Q4 = 0

dvig tlaka napajalne vode s kotlovsko napajalno ~rpalko od tlaka v rezervoarjunapajalne vode do tlaka sve`e pare (pri postrojenjih, ki nimajo rezervoarja, sta~rpalki za kondenzat in kotlovska napajalna ~rpalka neposredno zaporedno vezani);

4 – 5 p = konst. 4W5 = 0, 4Q5 > 0

regenerativno gretje napajalne vode v visokotla~nih grelnikih;

5 – 6 p = konst. 5W6 = 0, 5Q6 > 0

dogrevanje in uparjanje napajalne vode v parnem kotlu;

6 – 7 p = konst. 6W7 = 0, 6Q7 > 0

pregrevanje pare v parnem kotlu;

7 – 8 s = konst. 7W8 < 0, 7Q8 = 0

ekspanzija sve`e pare v visokotla~ni turbini od tlaka sve`e pare do tlaka ponovnopregrete pare (navadno pri parnih postrojenjih, ki so ve~ja od 150 MW);

8 – 9 p = konst. 8W9 = 0, 8Q9 > 0

ponovno pregrevanje pare v parnem kotlu;

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 45

46 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Slika 3.2. Parni kro`ni proces in shema parnega postrojenja v klasi~ni termo-elektrarni

9 –10 s = konst. 9W10 < 0, 9Q10 = 0

ekspanzija ponovno pregrete pare v nizkotla~ni turbini od tlaka ponovno pregretepare do podtlaka (vakuuma) v kondenzatorju;

10 – 1 p = konst. in T = konst. 10W1 = 0, 10Q1 < 0

kondenzacija pare v kondenzatorju.

Dejanski parni kro`ni proces se razlikuje od teoreti~nega. Kompresija ne poteka poizentropi, ampak zaradi upo{tevanja trenja po nepovra~ljivi adiabati, ki jo jemogo~e predstaviti kot politropo z (notranjim) dovodom toplote, n > κ. Enakovelja tudi za ekspanzijo. Prav tako je treba pri izobarnemu dovodu toplote ra~unatiz zmaj{anjem tlaka.

Parni kro`ni proces ima dve veliki prednosti:

– zaradi spremembe agregatnega stanja in s tem v zvezi zaradi velike spremembespecifi~ne prostornine delovne snovi se iz koli~inske enote pridobi razmeromaveliko koristnega dela; kompresijsko delo pa je zaradi nestisljivosti vode majhno,in

– zaradi odvajanja toplote po izobari, ki je v mokrem podro~ju isto~asno tudiizoterma, so nepovra~ljivosti pri odvodu toplote iz kro`nega procesa v okolicomajhne.

Kot smo omenili, potekata dovod in odvod toplote (v kotlu in kondenzatorju) prikonstantnem tlaku, kompresija in ekspanzija (v napajalni ~rpalki in turbini) pa brezzunanjega dovoda ali odvoda toplote, torej adiabatno (povra~ljiva adiabata jeizentropa), saj so tak{ne preobrazbe v tehni{ki praksi najenostavneje izvedljive. Iztermodinamike:

dq = T · ds = dh – v · dp (3.01)

sledi za izobarno spremembo stanja:

dp = 0 ⇒ dq = dh (3.02)

za adiabatno pa:

dq = 0 ⇒ v · dp = dh (3.03)

Dovedena in odvedena toplota kakor tudi dobljeno in vlo`eno delo, so izra`ene kotentalpijske razlike, ne glede na to, ali voda pri tem spremeni agregatno stanje.

Lastnosti parnega kro`nega procesa so najbolje razvidne iz Mollierjevega h-s-dia-grama: specifi~ne energije (delo in toplota), ki vstopajo v proces ali iz njega,od~itamo kot daljice na ordinatni osi, slika 3.3.

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 47

3.2.2 Mo~ in izkoristek

Prosta mo~, ki je na razpolago za pogon generatorja, je mo~ parne turbine, zmanj-{ana za mo~, ki je potrebna za pogon kondenzatne in napajalne ~rpalke, sliki 3.2 in3.3:

P = PT – P^ = &m · [(h7 – h8) + (h9 – h10) – (h2 – h1) – (h4 – h3)] (3.04)

pri tem vpliv regenerativnega gretja napajalne vode zaradi enostavnosti prikaza niupo{tevan. Mo~ napajalne ~rpalke je v razmerju z mo~jo parne turbine majhna P^= (0,04–0,06) · PT, zato pogosto v gornji ena~bi ni upo{tevana. Navadno namre~ocenimo in zdru`imo mo~, ki je potrebna za vse ~rpalke in druge pomo`ne stroje vparnem postrojenju. Zaradi teh porabnikov je prosta mo~ turbine nekoliko manj{a,poraba mo~i za potrebe elektrarne pa je prikazana kot izkoristek zaradi lastne rabeenergije.

Termi~ni izkoristek kro`nega procesa je razmerje med prosto mo~jo in dovedenimtoplotnim tokom:

[ ]ηt

do

= =⋅ − + − − − − −

⋅P

Q

m h h h h h h h h

m h&

& ( ) ( ) ( ) ( )

& (7 8 9 10 2 1 4 3

7[ ]− + − − −h h h h h4 3 2 9 8) ( ) ( )=

= 1 10 1

7 4 3 2 9 8

−−

− + − − −h h

h h h h h h( ) ( ) ( )(3.05)

Dejanski izkoristek postrojenja je manj{i, saj je treba upo{tevati {e izkoristke zaradinepopolnosti strojev in naprav: izkoristek kotla ηK, notranji izkoristek turbine ηi,

48 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Slika 3.3. Parni kro`ni proces v Mollierjevem h-s-diagramu

mehanski izkoristek ηm, izkoristek generatorja ηG in izkoristek lastne rabe energijeηLR, slika 3.4. Za izkoristek elektrarne od goriva do praga elektrarne velja:

ηedo

Go

Tid

do

T

Tid

m

T

G

m

E

G

= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅&

& &

Q

Q

P

Q

P

P

P

P

P

P

P

P (3.06)

η η η η η η ηe K t i m G LR= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Zajete so vse glavne izgube, ki nastanejo v elektrarni. Glede na dane razmere jemogo~e upo{tevati {e druge vrste izgub, npr. izgube zaradi nepopolne toplotneizolacije, netesnosti, zobni{kega reduktorja itd. V preglednici 3.1 so zbranevrednosti za nekatere pomembnej{e energijske izkoristke za ve~je in sodobnej{etermoelektrarne pri imenski mo~i.

V praksi se poleg izkoristka na pragu elektrarne pogosto uporablja izraz specifi~naporaba toplote, ki je recipro~na vrednost tega izkoristka. Specifi~na poraba toplotet je namre~ razmerje med dovedenim toplotnim tokom in elektri~no mo~jo. Zacelotno postrojenje od goriva do praga elektrarne velja (brez upo{tevanja regene-rativnega gretja napajalne vode):

[ ]t

m h h h h h h

P=

⋅ − + − − −⋅ ⋅

& ( ) ( ) ( )7 4 3 2 9 8η ηK LR SG

(3.07)

Zgled. Elektri~na mo~ parnega postrojenja

Teoreti~na toplotna mo~ parnega kotla je QGo = 600'000 kW pri povpre~ni tempe-raturi Tmdo = 400 °C = 673 K. Izgube v kotlu so 10 %, temperatura odvoda toploteje pribli`no enaka temperaturi okolice Tmod = 30 °C = 303 K. Kak{na je elektri~namo~, ki jo je mogo~e dobiti s parnim kro`nim procesom?

Dejanski toplotni tok pare iz kotla:& &Q Qdo K Go= ⋅η = 0,90 · 600'000 = 540'000 kW.

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 49

Slika 3.4. Shemati~ni prikaz izkoristkov pri pretvorbi energije v termoelektrarni

Elektri~na mo~, ~e upo{tevamo samo termi~ni izkoristek kro`nega procesa, je:

P QT T

TQt t do

mdo mod

mdoK= ⋅ =

−⋅ =

−⋅η & & '

673 303

673540 000 =

= 0,55 · 540'000 = 297'000 kW

Zaradi temperature, ki vlada na Zemlji, se torej 45 % toplote pare ne more spre-meniti v delo (v elektri~no energijo). Dejansko delo ali dejanska mo~ je {e manj{a.Upo{tevati je treba izgube, ki so bolj ali manj posledica na{ih nepopolnihkonstrukcij: izgube v sami parni turbini (≈12 %), mehanske izgube v le`ajih turbi-ne in generatorja (≈1 %), elektri~ne izgube v generatorju (≈5 %), izgube mehanskeenergije zaradi lastne rabe (≈6 %):

P Qe t i m LR do= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅η η η η & =

= 0,55 · 0,88 · 0,99 · 0,95 · 0,94 · 540'000 = 231'000 kW

To je elektri~na mo~ na pragu elektrarne. ^e kon~no upo{tevamo {e izgube zaraditransformacije energije in zaradi prenosa energije do porabnika (ηPM · ηRM ≈ 7 %),dobimo Pe ≈ 215'000 kW. Torej se skoraj dve tretjini energije, ki jo ima gorivo, nespremeni v elektri~no energijo, ampak gre kot nizkotemperaturna toplota vokolico!

Zgled. Izra~un specifi~ne porabe toplote

Kolika sta specifi~na poraba toplote in dejanski izkoristek termoelektrarne mo~i135 MW. Za izra~un potrebni podatki so zbrani v preglednici 3.2. S temi vrednost-mi lahko po ena~bi (3.07) izra~unamo specifi~no porabo toplote:

50 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Preglednica 3.1. Pribli`ne vrednosti za nekatere energijske izkoristke v ve~jihtermoelektrarnah pri imenski mo~i

Energijski izkoristek η

Parni kro`ni proces 0,48–0,65

Parni kotel, trda gorivateko~a in plinasta goriva

0,82–0,900,86–0,94

Parna turbina, visokotla~nasrednjetla~nanizkotla~na

0,85–0,900,85–0,920,82–0,92

Le`aji turbine in generatorja 0,98–0,99

Generator, hlajen z zrakomhlajen z vodikom

0,95–0,970,96–0,98

Energija za lastne potrebe 0,92–0,97

Termoelektrarna, na sponkah generatorja 0,35–0,44

tm h h m h h

P=

⋅ − + ⋅ −⋅ ⋅

& ( ) & ( )SP PP

K LR SG

7 5 9 8

η η=

112 2262 104 492

0 88 0 94 135000

⋅ + ⋅⋅ ⋅, , '

= 2,73

Za 1 kW elektri~ne mo~i potrebujemo torej ≈2,7 kW toplotne mo~i goriva. Reci-pro~na vrednost nam da izkoristek elektrarne na sponkah generatorja:

ηe = =1

0 37t

,

Preglednica 3.2. Izmerjeni in izra~unani podatki po sliki 3.2

Elektri~na mo~ na sponkah generatorja PSG 135'000 kW

Masni tok sve`e pare &m SP 112 kg/s

Masni tok ponovno pregrete pare &mPP 104 kg/s

Toplota za kilogram sve`e pare z upo{tevanjem regeneracije (h7 – h5) 2'262 kJ/kg

Toplota za kilogram ponovno pregrete pare (h9 – h8) 492 kJ/kg

Izkoristek parnega kotla ηK 0,88

Izkoristek zaradi lastne rabe energije ηLR 0,94

3.2.3 Izbolj{anje parnega kro`nega procesa

Na sliki 3.5 so prikazani: temperatura dimnih plinov, parni kro`ni proces (zaradinazornosti brez regenerativnega gretja napajalne vode in ponovnega pregrevanjapare) in temperatura okolice. Krivulja za dimne pline je konstantna, saj se toplota,ki je odvzeta dimnim plinom, z eksotermno reakcijo zgorevanja sproti nadome{~a.Ta toplota je na razpolago pri razli~nih temperaturah: v kuri{~u parnega kotla prinajvi{ji, na vhodu v dimnik pri najni`ji temperaturi.

Termi~ni izkoristek (en. 3.05) lahko zapi{emo tudi s specifi~nimi energijami:

ηtod

do

mod

mdo

= − = −1 1q

q

T

T(3.08)

kjer sta srednji temperaturi dovoda in odvoda toplote definirani, slika 3.6:

Tq

s

T s

s ss

s

mdodo

do SP NV

dNV

SP

= =⋅

−∫

∆

Tq

s

T s

s ss

s

modod

od PK NK

dNK

PK

= =⋅

−∫

∆

(3.09)

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 51

Z uporabo srednjih temperatur dovoda (odvoda) toplote lahko poljubni (v na{emprimeru izobarni) dovod (odvod) toplote nadomestimo z enakovrednim izoterm-nim, kro`ni proces pa na ta na~in "carnotiziramo". Enako, kot to velja za Carnotovkro`ni proces, lahko re~emo, da je izkoristek parnega kro`nega procesa tem ve~ji,~im vi{ja je srednja temperatura dovoda toplote Tmdo in ~im ni`ja je srednja tempe-ratura odvoda toplote Tmod.

Izbolj{anje termi~nega izkoristka parnega kro`nega procesa je smiselno predvsemz zvi{evanjem srednje temperature dovoda toplote Tmdo. Izbolj{anje termi~negaizkoristka z zni`evanjem srednje temperature odvoda toplote Tmod je mogo~e le vomejenem obsegu. Para se kondenzira pri konstantni temperaturi, toplota se zato izkro`nega procesa odvaja po izotermi, izoterma pa je tudi toplotna karakteristikaokolice. Temperaturo, pri kateri se odvaja toplota iz kro`nega procesa, je mogo~enekoliko zni`ati s pove~evanjem povr{ine kondenzatorja, kar pa navadno ni gospo-darno.

Srednjo temperaturo dovoda toplote v praksi zvi{amo z naslednjimi tehni~nimiukrepi:

• zvi{evanje temperature in tlaka pare na vstopu v turbino• regenerativno gretje delovne snovi• ponovno pregrevanje delovne snovi• povezava dveh razli~nih kro`nih procesov.

52 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Slika. 3.5. Toplotno stanje dimnih plinov (A), parnega kro`nega procesa (B) inokolice (C)

Zvi{evanje temperature in tlaka pare na vstopu v turbino

Pri ve~jih parnih turbinah je ta temperatura najve~krat od 520 °C do 560 °C, tlakod 160 bar do 220 bar, pogosto tudi nadkriti~en. Vi{je temperature omejujejo dragiin premalo vzdr`ljivi materiali za kotlovske cevi, kar se bo v naslednjih letih spre-menilo. Mogo~e je pri~akovati, da bodo nove, odpornej{e kotlovske cevi dopu{~a-le, da se bo temparatura sve`e in (dvakratno) ponovno pregrete pare dvignila napribli`no 700 °C, tlak sve`e pare pa na 350 bar, slika 3.6.

S termodinami~no analizo parnega kro`nega procesa se da pokazati, da dolo~enitemperaturi sve`e pare ustreza samo en tlak, pri katerem ima kro`ni prices opti-malni termi~ni izkoristek. Na sliki 3.7. so izvrednoteni termi~ni izkoristki enostav-nega parnega kro`nega procesa v odvisnosti od parametrov sve`e pare. Ugotovimo,da je zlasti pri ni`jih temperaturah sve`e pare TSP < 450 °C (ki so zelo pogoste vmanj{ih, industrijskih postrojenjih) potrebno paziti na optimalno izbiro tlaka sve`epare.

Regenerativno gretje delovne snovi

Srednjo temperaturo dovoda toplote je mogo~e zvi{evati tudi z regenerativnimgretjem napajalne vode v posebnih prenosnikih toplote, ki izkori{~ajo toplotoodjemne pare iz parne turbine. Delo parnega kro`nega procesa se zaradi delnegaodjema masnega toka pare iz turbine nekoliko zmanj{a, zato pa se ob~utno pove~atermi~ni izkoristek. Napajalno vodo lahko regenerativno grejemo najve~ dotemperature uparjanja pri tlaku, ki je v parnem kotlu. Pri ve~jih parnih postrojenjihje ta temperatura od 250 °C do 320 °C, pri tem je temperaturna meja dana skriti~nim tlakom. Najvi{ja temperatura napajalne vode pred vstopom v kotel je

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 53

Slika 3.6. Zvi{anje temperature in tlaka sve`e pare

torej odvisna od tlaka v njem, najni`ja pa od napetosti v kotlovskih ceveh, ki nasta-nejo zaradi prevelikih temperaturnih razlik. Navadno je ta najni`ja temperatura≈105 °C.Slika 3.8 prikazuje poenostavljeno na~elo regenerativnega gretja napajalne vode priparnem kro`nem procesu (delo kotlovske ~rpalke ni upo{tevano, ni ponovnegapregrevanja pare itd.). Regenerativno gretje v prikazani obliki ni izvedljivo, je panazorno. Dejansko ne te~e vsa para v grelnik in spet nazaj v turbino, kot toprikazuje slika, ampak je na primernih mestih turbine odvzet manj{i del pare, ki pase v regenerativnih grelnikih popolnoma kondenzira. Ta postopek je obravnava-nemu termi~no enakovreden.

Gretje napajalne vode poteka vzdol` krivulje 10-1, in sicer s paro, ki je odvzeta izturbine vzdol` stopni~aste ~rte 3-9, tako da je temperatura odjemne pare zaradiprenosa toplote vedno nekaj vi{ja od temperature napajalne vode. Za gretje napa-jalne vode v temperaturnem obmo~ju 10-1 ni treba dovajati od zunaj nobenetoplote. Zato velja:

3Q4 = 12Q1, 5Q6 = 11Q12, 7Q8 = 10Q11 (3.10)

^e je {tevilo regenerativnih grelnikov neskon~no veliko, potem preidejo stop-ni~aste ~rte 3-9 v zvezno krivuljo 3-9, ki je ekvidistan~na krivulji 10-1. U~inekregeneracije je tedaj najbolj{i, termi~ni izkoristek kro`nega procesa pa najve~ji.Plo{~ina trapeza a-10-1-~ preide v plo{~ino d-9-3-g, parni kro`ni proces je postalbolj podoben Carnotovemu. Zaradi regenerativnega gretja napajalne vode se je

54 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Slika 3.7. Termi~ni izkoristek parnega kro`nega procesa v odvisnosti od tlakain temperature sve`e pare

delo kro`nega procesa zmanj{alo za plo{~ino trikotnika 9-3-3', ki je enaka plo{~initrikotnika 10-1-1', sliki 3.8 in 3.9. Termi~ni izkoristek se pove~a:

ηt =−−

>−−

h h

h h

h h

h h2 3

2 1

2 3

2 10

' '(3.11)

3 KLASI^NE TERMOELEKTRARNE 55

Slika 3.8. Princip regenerativnega gretja napajalne vode pri parnem kro`nemprocesu

Ponovno pregrevanje delovne snovi

Nadaljnja mo`nost, da se izbolj{a termi~ni izkoristek parnega kro`nega procesa, jeponovno pregrevanje delovne snovi, slika 3.10. Poiskati je treba optimalni vmesnitlak, pri katerem prekinemo ekspanzijo pare v turbini in jo ponovno pregrevamo vkotlu. Pri tem morajo biti poznani temperatura in tlak sve`e pare, temperaturanapajalne vode in temperatura kondenzacije, ki je pribli`no enaka temperaturiokolice.

Dovod toplote dQ pri temperaturi T povi{a eksergijo toplote pare za:

d d dtET

TQ T QQ = −

⋅ = ⋅1 0 η ( ) (3.12)

Termi~ni izkoristek ηt je najve~ji, ~e je razmerje med skupnim pove~anjem dela(eksergije) in v proces dovedene toplote najve~je. Torej je treba poiskati najve~jovrednost termi~nega izkoristka, ki je definiran takole:

ηt max

d d

=−

⋅ + −

⋅

+

∫∫ 1 10 03

4

1

2

1 2 3 4

T

TQ

T

TQ

Q Q(3.13)

Termi~ni izkoristek je najve~ji, ~e je temperatura v to~ki 3 po sliki 3.10 enakasrednji temperaturi dovoda toplote: T3 = Tmdo. Pri izpeljavi Tmdo bomo zaradipoenostavitve zanemarili tla~ne izgube:

1 2 2 1Q m h h= ⋅ −( ) (3.14)

56 TERMODINAMI^NE OSNOVE

Slika 3.9. Parni kro`ni proces pri neskon~no velikem {tevilu regenerativnihgrelnikov napajalne vode

3 4 4 3Q m h h= ⋅ −( ) (3.15)

d dQ m T s= ⋅ ⋅ (3.16)

S preoblikovanjem ena~be 3.13 in poenostavitvijo: Tmod = TO lahko zapi{emo:

T

T

T

TQ

T

TQ

Q Q0

0 0

3

4

1

2

1 2 3

1

1 1

mdo

d d

= −−

⋅ + −

⋅

+

∫∫4

= 11 2 3 4

0 0

3

4

1

2

1 2 3 4

−+