Elektrárny 1 Přednáška č Elektrárny 1 Přednáška č.1 Základní elektrárenské pojmy, výpočet účinnosti

Cíl Předmětu Seznámit se s principy transformace primárních zdrojů na elektřinu. Definovat základní parametry tepelných elektráren (TE). Pochopit zákonitosti tepelných oběhů (TO) a naučit se určit parametry pracovní látky v jednotlivých stavech. Naučit se vypočítat účinnost TO a TE – výpočet tepelného schématu. Posoudit možnosti zvyšování účinnosti transformace primárních zdrojů (PZ) na elektřinu v TE. Způsoby regulace transformačního procesu při změně elektrického výkonu. Stanovit požadavky na provozní látky v TE. Pochopit základní požadavky při provozu, najíždění odstavování TE. Přednášky E1 - 2015

Literatura Ibler Zbyněk st., Ibler Zbyněk ml., Karták Jan, Mertlová Jiřina, Technický průvodce energetika , BEN – Technická literatura – 2002, ISBN / EAN 978-80-7300-026-4 / 9788073000264 Ibler Zbyněk st., Ibler Zbyněk ml., Karták Jan, Mertlová Jiřina, Energetika v příkladech , BEN – Technická literatura – 2002, ISBN / EAN 80-7300-097-0 / 9788073000974 Dvorský Emil, Hejtmánková Pavla, Kombinovaná výroba elektrické a tepelné energie , BEN – Technická literatura – 2006, ISBN / EAN 80-7300-118-7 / 9788073001186 Matěna, Štěpán, Výroba a rozvod elektrické energie I , Praha : SNTL 1978 Ibler Zbyněk, Elektrárny , Plzeň : VŠSE 1984 Matěna, Štěpán, Výroba a rozvod elektrické energie II , Praha : SNTL 1975 Dvorský Emil; Hejtmánková Pavla; Kocmich Martin, Elektrárny : základy výroby elektrické energie : příklady , Plzeň : Západočeská univerzita 1994 Dvorský, Emil; Hejtmánková, Pavla, Elektrárny : zvyšování účinnosti přeměn energie v tepelných elektrárnách : příklady , Plzeň : ZČU 1999 Ražnjevič K.; Termodynamické tabulky, Bratislava 1984 Softwarové programy pro výpočet stavové rovnice vody Přednášky E1 - 2015

Přednáška č.1 Definice základních pojmů - Definice elektrárny Principy transformace primárních zdrojů na elektřinu, vymezení pojmu tepelná elektrárna Klasifikace elektráren, jejich členění a parametry. Kombinované transformační energetické systémy. Hodnocení elektráren Zákon zachování energie, výpočet účinnosti Tepelné elektrárny – tepelné oběhy Rozdělení tepelných oběhů – energetické hodnocení Přednášky E1 - 2015

Definice základních pojmů – co je elektrárna? Elektrárna je systém sloužící k transformaci energie obsažené v PZ na elektřinu, která koná práci na elektrických spotřebičích. Často se místo fyzikálního názvu transformace používá pojem: „výroba“ Pojem výroba se zohledňuje zbožní produkci tohoto systému, který slouží pro uspokojení poptávky spotřebitelů po elektřině, kterou v tomto případě lze chápat jako energetické zboží – zboží, které je schopno vykonat práci. Pomocí takto zavedeného pojmu lze porovnávat elektrárnu s ostatními výrobními systémy sloužícími k uspokojení poptávky po jiných druzích zboží. Přednášky E1 - 2015

Fyzikální vyjádření energetického zboží Síla: 2. Newtonův zákon (síla 1N udělí 1 kg hmoty zrychlení 1 m/s2) F = m. a [ kg. m/s2 = N] Práce: působení síly 1 N na vzdálenosti 1 m – vykonaná práce W=A = F. l [ N. m = J] obecně nemusí být síla na jednotce délky konstantní, proto musíme provést součet prací vykonaných jednotlivými silami, což vede na integrální formy definice práce: Výkon: práce 1 J vykonaná za 1 s P = A/t [ J/s = W] Práci lze prostřednictvím výkonu vyjádřit: Q = W=A=P.t [ J = Ws] Pozor! J = Ws elektrická práce = elektřina [Ws, kWh, MWh] tepelná práce WT = teplo Q [J] - část změny vnitřní energie U Někdy se používá k rozlišení elektrické práce a tepla indexové označení: kWhE, kWhT Přednášky E1 - 2015

Příklad transformace PZ na elektřinu – tepelná elektrárna -TE ELEKTŘINA PRIMÁRNÍ ZDROJ Přednášky E1 - 2015

Blokové schéma elektrárny ELEKTŘINA (PE) PZ ELEKTRÁRNA Systém transformující primární zdroj na elektřinu na základě zákona zachování energie. Systém sloužící k „výrobě“ elektřiny. Systém (soustava) je množina vzájemně propojených prvků sloužící k definovaném účelu. Systém může být složen s podsystémů mající určitý společný vztah mezi prvky systému – slouží k určité funkci v systému: systém pro úpravu paliva (zauhlování, zplyňování paliva, …) (1) systém pro uvolnění tepla (tepelný zdroj) (2) systém pro transformaci tepla na mechanickou práci (tepelný motor (TM)) (3) …. ….. Přednášky E1 - 2015

Zákon zachování energie Zákon zachování energie je hlavní náplní předmětu E1. Speciálně transformací na elektřinu probíhající prostřednictví tepla !!!! Energie je schopna měnit se z jednoho druhu na druhý a přitom nezaniká, ale zachovává se. Energetický součet vstupujících a vystupujících ze systému je vždy nulový. Přednášky E1 - 2015

Rozdělení systému elektrárny do podsystémů – TE. ELEKTŘINA PRIMÁRNÍ ZDROJ 2 3 4 1 1-systém úpravy paliva, 2-sytém pro zisk tepla - TZ, 3-systém pro transformaci tepla na mechanickou práci TM, 4 – systém pro transformaci mechanické energie na elektřinu – GEN Přednášky E1 - 2015

Praktické příklady elektrárenských podsystémů ad3-4 strojovna (TM+GEN)= 1000 MW - Temelín ad1 zauhlování Ledvice PE = 600 MW Přednášky E1 - 2015

Rozdělení elektráren Podle způsobu transformace (energetické): PZ Přímá transformace PZ ELEKTRÁRNA 1 Transformace na elektřinu ELEKTŘINA Nepřímá transformace – (př. - prostřednictvím kinetické) ELEKTRÁRNA PZ 1 2 ELEKTŘINA Transformace na kinetickou KINETICKÁ Transformace na elektřinu Přednášky E1 - 2015

Přímá transformace na elektřinu = Palivový článek Chemická reakce kyslíku s vodíkem 1 Přednášky E1 - 2015

Nepřímá transformace polohové energie vody na elektřinu „VE“ = vodní elektrárna 3 3 – Hydro - generátor EK = g(h1 – h2) 2 2 – indukční generátor PZ Elektřina 1 1 – Hydraulický motor Přednášky E1 - 2015

Transformační řetězec TE ELEKTRÁRNA PZ 1 2 3 ELEK. Transformace na kinetickou Transformace na elektřinu Zisk tepla TEPELNÁ KINETICKÁ TE Systém transformující PZ nepřímým způsobem pomocí transformačního řetězce tepelná – kinetická na elektřinu. Přednášky E1 - 2015

Tepelná solární elektrárna ELEKTŘINA 1 1 – tepelný zdroj PZ 4 4 – turbogenerátor 2 2 – tepelný motor 3 – indukční generátor 3 Přednášky E1 - 2015

Rozdělení elektráren podle druhu použitého PZ PZ určuje možnosti použití transformačních řetězců Druhy PZ : obnovitelné (obnovitelné zdroje energie – OZE) Voda – transformace kinetické, tlakové a polohové energie vody popř. osmotického tlaku. – vodní elektrárna – VE. Vítr – transformace kinetické energie větru – větrná elektrárna - VTE. Biomasa – transformace chemicky vázané energie v biomase – elektrárna spalující biomasu. Slunce – transformace kinetické energie fotonů – sluneční elektrárna – SE. „Geotermální“ – transformace tepelné energie zemského jádra - GE Gravitační – kinetická energie soustavy – Slunce-Měsíc-Země (voda) - vodní elektrárna – VE. neobnovitelné Fosilní paliva - transformace chemicky vázané energie v palivu – uhelná elektrárna – UE, plynová elektrárna – PLE. Jaderné palivo – transformace hmotnostního úbytku hmoty při jaderné reakci – jaderná elektrárna – JE. Přednášky E1 - 2015

Transformační řetězce TE Transformace tepelné na elektrickou Nepřímá – TM - GEN Přímá - MHD Palivový článek Přímá transformace paliva na elektřinu Solární článek Přímá transformace elektromagnetické energie - fotony Přednášky E1 - 2015

Tepelná elektrárna – definice energetická TE – je každá elektrárna u niž pobíhá transformační proces na elektřinu nepřímou transformací prostřednictvím tepla. TE – je otevřený termodynamický systém, který si vyměňuje s okolím energii i hmotu. Terminologie používaná v elektrárenství by měla hlavně zahrnovat druh transformačního řetězce na elektřinu. Používané pojmy jako např. vodní elektrárna (VE), může v podstatě definovat pouze vstupní formu PZ (voda), přesto většinou máme na mysli nepřímou transformaci polohové energii vody na kinetickou prostřednictvím hydraulických motorů (HM) a její následné transformování v indukčních generátorech. Přednášky E1 - 2015

Druhy termodynamických systémů Vymezený prostor ve kterém probíhají sledované děje - izolovaný - s okolím nelze vyměňovat hmotu ani energii - uzavřený - s okolím lze vyměňovat pouze energii ale nikoliv hmotu - otevřený - s okolím lze vyměňovat hmotu i energii Přednášky E1 - 2015

Druhy termodynamických systémů Vymezený prostor ve kterém probíhají sledované děje - izolovaný - s okolím nelze vyměňovat hmotu ani energii - uzavřený - s okolím lze vyměňovat pouze energii ale nikoliv hmotu - otevřený - s okolím lze vyměňovat hmotu i energii Přednášky E1 - 2015

Druhy TZ a TM tepelných elektráren ELEKTRÁRNA PZ ELEKTŘINA TEPELNÁ KINETICKÁ elektrický generátor Tepelný zdroj Tepelný motor 1 2 3 Druhy TZ: jaderný reaktor spalovací komora tepelný výměník Druhy TM: s vnitřním přívodem tepla do TM (spalovací motory) s vnějším přívodem tepla do TM (parní, plynové turbíny) Přednášky E1 - 2015

Příklad – TE – jaderná jednookruhová (JE) 1 2 3 PE PZ Přednášky E1 - 2015

Kombinované transformační systémy Transformační systémy PZ na elektřinu lze kombinovat: 1) Dva elektrárenské systémy = kombinovaná výroba elektřiny KVE ELEKTŘINA 1 ELEKTRÁRNA 1 PZ ELEKTŘINA 2 ELEKTRÁRNA 2 KVE 2) Kromě dodávky elektřiny systém dodává ještě jinou energetickou formu, většinou teplo = kombinovaná výroba elektřiny a tepla KVET PZ ELEKTŘINA KVET TEPLO Přednášky E1 - 2015

KVE ODVÁDĚNÉ TEPLO ZTRÁTY Elektřina 2 Elektřina 1 PZ1 1/2 1/1 3/2 2/2 2/1 3/1 PZ2 Přednášky E1 - 2015

KVET 1+2 3 Přednášky E1 - 2015

Tepelné elektrárny v ČR zdroj: www.ceps.cz – technická infrastruktura Přednášky E1 - 2015

Energetické formy a jejich transformace Energie je skalární fyzikální veličina, která bývá charakterizována jako schopnost hmoty (látky nebo pole) konat práci. Energii popisujeme stavovou veličinou. Kinetická energie, konfigurační (polohová či potenciální) energie (dané vzájemnou polohou a přitahováním nebo odpuzováním částic, např. gravitací nebo magnetismem) atd. Zákon zachování energie říká, že energie se může měnit z jednoho druhu na jiný, nelze ji vytvořit ani zničit, v uzavřené soustavě však její celkové množství zůstává stejné. Budeme se zajímat hlavně o transformace tří energetických forem: Potenciální energie PE Kinetické energie KE Vnitřní energie U Tyto energetické formy mohou být využity pro: konání práce - W nebo přeměněny v teplo - Q Vzájemná vazba mezi prací a teplem je dána I. TZ Součet velikosti práce, které těleso nebo pole vykoná, a vydaného tepla se rovná úbytku jeho energie, která se přemění v jinou formu. Přednášky E1 - 2015

Energetické transformace Některé energetické formy je možné přeměnit na jinou ideálně bezezbytku (při zanedbání ztrát), ale některé energetické formy lze přeměnit jen s poměrně nízkou účinností – teplo. Účinnosti není možné přímo porovnával, různe druhy energií nejsou ekvivalentní z hlediska schopnosti přeměn Přednášky E1 - 2015

První zákon termodynamiky Z makroskopického termodynamického pohledu popisujeme stav systému tzv. stavovými veličinami: tlak p, objem V, teplota T a vnitřní energie U. Pokud popisujeme konkrétní děj v systému používáme tzv. dějové veličiny: teplo Q a práce W. Velikost předaného tepla a vykonané práce je přímo úměrná velikosti vnitřní energie daného systému. DU = Q + W úplný diferenciál dU = δQ + δW parciální (neúplné, částečné) diferenciály Změna vnitřní energie je tedy závislá jen na počátečním a koncovém stavu systému. Množství tepla δQ a práce δW však závisí na způsobu, jakým se soustava mezi počátečním a konečným stavem měnila. Nejsou tedy závislé pouze na počátečním a konečném stavu a nepopisují stav soustavy. Práce ani teplo nejsou funkcemi stavu soustavy, jsou tedy parciálními diferenciály a součet jejich změn je pak vždy roven přírůstku vnitřní energie Přednášky E1 - 2015

I.TZ Přivedeme-li látce teplo zvýší se její vnitřní energie a látka vykoná vnější mechanickou práci dQ= dU + dW dq=du + dw pro 1 kg část tepla se tedy nevyužívá k zvýšení tepelné energie látky, ale jednorázově vykoná vnější absolutní práci. Tato práce je vykonána změnou objemu látky, tj. dw= pdV p není obecné konstantní, je funkcí objemu a teploty p = p(v,T). Zatím co tedy je vnitřní energie stavová veličina ( její hodnota závisí pouze na rozdílu počátečního a koncového stavu stavu), absolutní práce není stavová veličina – musíme znát integrační cestu mezi stavy počátečním a konečným stavem (velikost plochy – práce – může být různá). Přednášky E1 - 2015

Určení nestavových veličin - práce Úlohou v systému je určení termodynamických veličin, které popisují stav soustavy, tak abychom mohli zjisti účinnost transformace = zisk technické práce. Provádí se to pomocí veličin pracovní látky TO: stavových - tlak , teplota, objem, ... určujících jednoznačně stav systému pomocí definování jeho vlastností v tomto stavu jsou lehce měřitelné energetických - teplo, práce, .... Stavové veličiny – není závislá na způsobu změny pro libovolnou uzavřenou křivku musí platit: Přednášky E1 - 2015

Termodynamické změny v = konstantní - změna izochorická (izovolumická) - např. komprese kapaliny nebo ohřívání v uzavřené nádobě p = konstantní - změna izobarická např. ohřívaní (chlazení) v průtokových výměnících nebo ohřev ve válci, kterého plst je zatížený konstantním závažím T = konstantní - změna izotermická např. komprese při velmi intenzívním chlazení nebo expanze s dodávkou tepla pro zachovaní konstantní teploty q = konstantní - změna adiabatická, t.j. komprese nebo expanze bez dodávky tepla, např. expanze v parní turbíně, dokonale izolovaná oproti okolí Přednášky E1 - 2015

Vnitřní energie při v = konst. Dodané teplo při izochorické změně se využije jen ke zvýšení vnitřní energie Protože množství dodaného tepla ke zvýšení tepla o 1 K 1 kg pracovní látky je měrná tepelná kapacita c=dq/dT, lze psát: Přednášky E1 - 2015

Vnitřní energie při T = konst. Dodaným teplem při izotermické změně se nemění vnitřní energie látky, ale zvýší se mechanická práce. Přednášky E1 - 2015

Vnitřní energie při p = konst. Vnitřní energie U je vhodná pro vyjadřováni energetických změn dějů probíhajících za stálého objemu, entalpie (H – I ) se s výhodou používá pro výpočet energetických změn za stálého tlaku. Zavedením entalpie se značně zjednoduší termodynamické vztahy pro izobarické děje. Jestliže soustava přijímá teplo a koná objemovou práci, bude rovnice pro výpočet změny vnitřní energie: DU = Q + W dU = dQ + pdV úplný – diferenciál přírůstku vnitřní energie dqp=k=dU+pdv=dh=di Přednášky E1 - 2015

Entalpie – fyzikální význam Derivaci vztahu pro entalpii dostaneme: Pak dostaneme: Při izobarické změně se veškeré přivedené teplo přemění na přírůstek entalpie: Což lze přepsat pomocí definice měrného tepla na: Přednášky E1 - 2015

Entalpie – fyzikální význam Derivaci vztahu pro entalpii dostaneme: Pak dostaneme: Při izobarické změně se veškeré přivedené teplo přemění na přírůstek entalpie: Což lze přepsat pomocí definice měrného tepla na: Přednášky E1 - 2015

Kvalita energie – schopnost transformace Tři skupiny energie z hlediska schopnosti transformace Exergie - Ex energie, kterou je možno libovolně přeměnit na jiné druhy energie Anergie - B energie, kterou v dané soustavě není možné přeměnit na jiné formy Energie, kterou lze i v ideálních podmínkách transformovat jen částečně – E E = Ex + B Při reálných změnách se část exergie změní vždy na anergii v důsledku ztrát Přednášky E1 - 2015

Teplo jako energetická forma Vnitřní energie tělesa - U (teplo) – nevystačíme pouze samotným zákonem zachování energie – I.TZ (kvantitativní) Teplo jako energetická forma se může samovolně pohybovat jenom ve směru od vyšší teplotě k nižší – nikoliv obráceně: Nelze přeměnit veškeré teplo v jinou energetickou formu – přeměnu tepla lze realizovat pouze při teplotním rozdílu. Jakoukoliv energetickou lze bezezbytku přeměnit v teplo, ale obráceně to nejde – všechny ztráty se mění na teplo. Pro teplo je tedy nutné doplnit zákon zachování energie o toto skutečnost – II.TZ (kvalitativní) Přednášky E1 - 2015

Entalpie – fyzikální význam Derivaci vztahu pro entalpii dostaneme: Pak dostaneme: Při izobarické změně se veškeré přivedené teplo přemění na přírůstek entalpie: Což lze přepsat pomocí definice měrného tepla na: Přednášky E1 - 2015

Kvalita energie – schopnost transformace Tři skupiny energie z hlediska schopnosti transformace Exergie - Ex energie, kterou je možno libovolně přeměnit na jiné druhy energie Anergie - B energie, kterou v dané soustavě není možné přeměnit na jiné formy Energie, kterou lze i v ideálních podmínkách transformovat jen částečně – E E = Ex + B Při reálných změnách se část exergie změní vždy na anergii v důsledku ztrát Přednášky E1 - 2015

Transformace tepla na mechanickou práci Probíhá v TM = termodynamická soustava - systém kde dochází k transformaci tepla přivedeného do transformačního systému (Qp=QTM) na mechanickou práci – termodynamický děj. V tomto systému musí platit zákon zachování energie. h= (W/Qp)<1 - teplo lze přeměnit jen s poměrně nízkou účinností na technickou práci pomocí kruhového tepelné oběhu (TO) - posloupnost změn po kterých se pracovní látka dostane zpět do původního stavu. Teplo (Q) je definováno jako energie předaná mezi systémem a jeho okolím, přičemž přenos energie probíhá díky jejich teplotnímu rozdílu. Zákon zachování pro termodynamické soustavy (I.TZ ) - energie izolovaného systému (nevyměňuje si s okolím ani energii ani částice) je konstantní. Vnitřní energie izolovaného systému (U) - součet především kinetickou a potenciální energii všech částic uvnitř systému. Q=c*m*DT - pokud s dodávkou energie do systému nedojde ke změně potenciální ani kinetické energie systému, vzroste obvykle teplota tohoto systému. (výjimku tvoří systémy, procházející tzv. fázovou změnou), která je úměrná měrné tepelné kapacitě látky uvnitř systému. Přenos energie (teplo Qp), který nemá za následek nárůst teploty a při němž dochází k fázové změně, se nazývá latentní teplo. Přednášky E1 - 2015

Transformace tepla na mechanickou práci - TO Do oběhu je přiváděno teplo Qp a odváděno teplo Qo a získána technická práce Wt. Práci lze získat jen neustále se opakujícím (cyklickým) procesem přívodu a odvodu tepla z TO. Oběh je realizován pracovní látkou TO. TOK Tepelný zdroj motor QP QO Wt KINETICKÁ ELEKTŘINA elektrický generátor PZ Přednášky E1 - 2015

Účinnost TO Tepelná účinnost TO je energetickým ukazatel transformačního řetězce na mechanickou práci probíhajícího v TE Pro 1 kg pracovní látky procházející TO (poměrné průtočné množství mp) můžeme celkové hodnoty (absolutní) hodnoty nahradit poměrnými: Abychom mohli spočítat účinnost (tepelnou) musíme určit dvě veličiny z w, qp, qo, z nichž ani jedna není stavovou veličinou !!! Přednášky E1 - 2015

Zisk technické práce - kruhový (cyklický) děj Děj, při němž je konečný stav totožný s počátečním stavem. p,v jsou parametry popisující stav pracovní látky Obsah plochy uvnitř křivky znázorňuje celkovou práci vykonanou pracovní látkou během jednoho cyklu. Přednášky E1 - 2015

Stanovení technické práce W Princip jednorázové (objemové) práce – uzavřené systémy dW = F.dl = p.S.dl=p.dV F Z diagramu p-v je patrné, že práce má geometrický význam plochy, vymezenou křivkou termodynamické změny. Táto práce s nazývá práce objemová nebo absolutní. Získáváme ji při změnách, uskutečněných jednorázově (bez opakování). Je zřejmé, že pro opakovaní změny 1-2 musíme plst vrátit do výchozí polohy 1, t.j. uskutečnit cestu z 2-1 přes 2´-1´ , na co musíme dodat práci, resp. plyn ochladil, takže výsledný efekt, získané vnější práce po uskutečnění cyklu 1-2, 2-1 nebude roven absolutní práci, získané při 1-2. Např. pro uskutečnění pracovní expanze ve spalovacím motoru musíme realizoval i další změny (výfuk, sani, komprese). Získaná práce je potom daná součtem kladných a záporných absolutních prácí, získaných, resp. dodaných při částečných změnách, které realizují cyklus. V1 V2 P 1 1´´ dV p 2 2´ 1´ 2´ V Přednášky E1 - 2015

Princip technické – získané práce pro získání technické práce bychom se museli dostat do stavu 1 přes 2´a 1´, kde je p=0, to není možné musíme tedy provést cestu zpět do 2 přes 2 ´´ a 1´´ P 1 1´´ dV p 2 2´´ 1´ 2´ Přednášky E1 - 2015

Technická tlaková práce Pokud budeme uvažovat přívod tepla do systému mezi stavy 1- 2, Q1-2= dq je pak I.TZ pro tlakovou práci: Pak platí : technická tlaková práce má, podobně jako práce absolutní, geometrický význam plochy, vymezené křivkou termodynamické změny: Přednášky E1 - 2015

Princip technické práce získané z TO V2 V1 I II F P V1 V2 at = i1 –i2 Přednášky E1 - 2015 V

Výpočet pomocí objemových prací - wv Adiabatické změny dq = 0: Tlakové změny p = konst: Celková práce: Musíme znát hodnoty entalpií, měrného tepla a teploty K dispozici jsou dvě hodnoty tlaků a teplot Pro výpočet potřebuje zjistit další dva stavy pracovní látky – musíme znát průběh změny mezi dvě stavy – jeden známe druhý chceme spočítat – STAVOVÁ ROVNICE Přednášky E1 - 2015

Výpočet účinnosti pomocí tlakových prací - wp Adiabatické změny dq = 0: Tlakové změny dp = 0 Celková práce: Pokud je cp = konst. (ideální pracovní látka): Musíme znát hodnoty entalpí, nebo měrné teplo a teploty Dvě hodnoty vždy známe – tlak: okolí přívodu tepla do TO - teplota: okolí max. teplota v TO Přednášky E1 - 2015

Technická práce pro otevřené systémy – I TZ Zákon se dá odvodit na základě principielního schématu pro TM (proudové tepelné stroje). Přes systém ohraničený kontrolní plochou S protéká hmotnostní průtok m. Přednášky E1 - 2015

Zisk technické práce pro jednotlivé systémy Soustavy pracující se vzdušinami: Soustavy pracující s kapalinami : Vodní turbíny : Výkon soustavy : Přednášky E1 - 2015

Hodnocení elektráren Energetické hodnocení srovnání účinností transformačních řetězců energetické výtěžnosti transformačních řetězců Ekonomické hodnocení porovnání nákladů na vyrobenou energetickou jednotku Vliv na vnější okolí (životní prostředí) – externality srovnání vlivů na životní prostředí spolu s ekonomickými náklady na jejich eliminaci Kvantitativní a kvalitativní hodnocení transformace PZ ELEKTŘINA (cena) ELEKTRÁRNA Externality – vliv na okolí Přednášky E1 - 2015

Použití jednotlivých metod stanovení účinnosti Energetická účinnost je nejdůležitější parametr transformačních energetických systémů. přímou metodu lze aplikovat pouze na reálných systémech nepřímá metoda se používá pří návrhu transformačních systémů a při vyhodnocování transformačního procesu. je nutná znalost: změřených ztrát nebo znalost ztrát při změně provozních parametrů transformace Přednášky E1 - 2015

Ztráty TM jsou způsobeny : Hodnocení elektráren Energetické hodnocení Celkovou účinnost lze zjistit z jednotlivých účinností podsystémů energetického řetězce ELEKTRÁRNA PPZ, WPZ, QPZ PE, WE QTZ,PTZ, W TZ PTM,W TM elektrický generátor Tepelný zdroj Tepelný motor ZTRÁTY TZ – PZ,TZ, WZ,TZ, ZTRÁTY TM – PZ,TM, WZ,TM, ZTRÁTY GEN – PZ,GEN, WZ,GEN, Ztráty TM jsou způsobeny : nemožnosti provést transformaci do T = 0 – nutně odváděné teplo QO do okolí ztráty při transformaci QTZ na WTM ( přeměnné na teplo) Qz,TM Přednášky E1 - 2015

Energetické hodnocení elektráren účinnost TZ: účinnost TM: účinnost GEN: účinnost elektrárny na svorkách generátoru: Přednášky E1 - 2015

Průběh účinnosti se změnou parametrů Průběh účinnosti se mění s požadovanou změnou výkonu elektrárny Statická charakteristika – provozní charakteristika elektrárny Spotřební ch-ka ηE, PZ, QP, PP QP=f(PE) PE=f(t) Regulační rozsah Ao PE, min PE, opt PE, max PE QP =Ao +A1PE + A2PE2 Přednášky E1 - 2015

Hodnocení elektráren PZ1 – PPZ1,W PZ1 ELEKTŘINA – PE1, WE1, ELENA 1 Energetické hodnocení Energetická hustota transformačního procesu PZ1 – PPZ1,W PZ1 ELEKTŘINA – PE1, WE1, ELENA 1 S1, V1 PZ1 – PPZ2,W PZ2 ELEKTŘINA – PE2, WE2, ELENA 2 S2, V2 Přednášky E1 - 2015

Celkové náklady na vyrobenou elektrickou energii [Kč/rok]: Hodnocení elektráren Ekonomické hodnocení Ekonomická efektivnost transformačního procesu - cena Celkové náklady na vyrobenou elektrickou energii [Kč/rok]: Nc = Nst + Npr Nst - náklady stálé jsou závislé na instalovaném výkonu - odpisy, náklady na mzdy atd. Npr - náklady proměnné jsou závislé na vyrobené elektrické energii - náklady na provozní látky (palivo, voda, …) Přednášky E1 - 2015

Ekonomické hodnocení elektráren - měrné celkové náklady nc [Kč/kWh]: - náklady stálé lze vyjádřit pomocí měrných stálých nákladů nst [Kč/kW]: - náklady proměnné lze podobně vyjádřit pomocí měrných proměnných nákladů npr [Kč/kWh]: - po dosazení do rovnice pro měrné celkové náklady dostáváme: Přednášky E1 - 2015

Ekonomické hodnocení elektráren - po vykrácení a dosazení za WE vycházejí měrné celkové náklady: - pokud dále budeme předpokládat, že PE = PEmax můžeme psát: - z této rovnice je patrné, že celkové náklady jsou nepřímo úměrné době využití maxima, tj. lze říci, že čím vyšší doba využití tím budou nižší náklady Přednášky E1 - 2015

Hodnocení elektráren Ekologické hodnocení výroba elektrické energie může být doprovázena emisemi škodlivin případně dalším vlivem na životní prostředí především u elektráren spalujících uhlí je třeba určit emise CO, CO2, SO2 a NOx, které elektrárny produkují množství zplodin se stanoví stechiometrickým výpočtem (výpočet spalování) podobně jako u nákladů lze určit množství emisí vztažených na jednotku produkce Přednášky E1 - 2015