1. A VILLAMOS ENERGIA ELOÁLLÍTÁSA

Átírás

1 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Villamos energetika 1. - eloadásvázlat (Novothny féle jegyzet alapján) 1. A VLLAMOS ENERGA ELOÁLLÍTÁSA 1.1. A természeti energiahordozók átalakítása villamos energiává Az egyes energiafajták anyagi megtestesítoi az energiahordozók. A természetben megtalálható energiahordozók az 00. primer energiahordozók szén, olaj, fóldgáz, víz, hasadó anyagok stb A különféle energiafogyasztók az energia olyan formáját igénylik, amely viszonylag gazdaságosan állítható elo, a felhasználás helyén állandóan rendelkezésre áll, nem kíván tárolást és egyszeruen alakítható át mechanikai munkává, hové, fénnyé stb. lyen energia a villamos energia, amely a primer energiahordozók célszeruen átalakított közvetíto formája. VLLAMOSENERGA- TERMELÉS ÁTVTEL FELHASZNÁLÁS Természeti (primer) energiahordozók Átalakítás villamos energiává Szállítás, elosztás Villamosenergia- fogyasztók Helyi átalakítás Energia helyi hasznosítása Szén Olaj r-----!----- f l VilágításHFény Vegyi Ho Hálózatok ~. Gáz Elektrolízis Eromuvek Kemencék Mechanikai Motorok Víz Atom Egyéb ábra. A villamosenergia-ellátás folyamatának elvi vázlata Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/11 VE-ea-BSc

2 r BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Az eromuvekben termelt villamos energia szállítása és elosztása a hálózatok feladata, míg a fogyasztói berendezések a villamos energiát a szükségleteiknek megfelelo formába alakítják át és hasznosítj ák. Az eromuveket a villamos energia termeléséhez felhasznált primer energiahordozók fajtájától függoen három nagy csoportba sorolhatjuk: hoeromuvek, vízeromuvek, atomeromuvek. 12% 29% il L.-J atom gáz olaj szén A hoeromuvek víz ábra. A primer energiaforrások megoszlása a villamosenergia-termelésben A hoeromuvek tüzeloanyaga lehet: szén, energetikai barnaszén: futoértéke kl/kg. olaj (vagy olaj származék) (pakura, goudron), amelyek futo értéke kjlkg fóldgáz. hoeromuvi földgáz futoértéke kb kl/kg A hoeromuvekben az energia átalakítás ának alapveto munkafolyamatai az alábbiak: a tüzeloanyag kémiai energiáj ának átalakítása hoenergiává (a tüzeloanyag elégetése); a hoenergia átadása a közvetíto közegnek; a közvetíto közeg hoenergiájának átalakítása mechanikai energiává; a mechanikai energia átalakítása villamos energiává. A tüzeloanyag elégetésének módja, illetve az alkalmazott közvetíto közeg szerint: gozeromuveket és gázturbinás eromuveket kombinált ciklusú eromuveket különböztetünk meg. Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/12 VE-ea-BSc

3 1 energ~, 1 '' ' ',,, BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Kozve.. ti'to közeg: Tüzelo anyag vi,. Vili,"'" V'g" ~- Mechanikai ~ energia 'n"~ Ho en" ly ViU""" energl~~ ~ :>ozkkazazanan (---J:-\Nhl goz'( ~oz rbm \... generátor).~ a) Tüzelo anyag Villamos energia b) Vegyi Mechanikai Villamos Tüzelo anyag energl/~f.~nergia. " energia.~', liazturma ib" '\ g~ ~l~l~~.~: \----. KiPU,fogót gaz energia Ho Ho. Mechanikai Villamos Közveti~o köze~: VZ.~~ J g ~ ~ 1'~:~:o-~?~energla'\ri1lar:lOs""-\ \ kazán J OZ,urbirr. generator J c) energia. A vízeromuvek ábra. A tüzeloanyagok villamos energiává alakításának elvi folyamatábrája a) gozeromuben, b) gázturbinás eromuben, c) kombinált ciklusú eromuben Mozg~i Mech~ikai Villa~os energa energa Folyó / Víz \ (~ víz ~-+--\turbinaj+--\ generátor ) ábra. A villamosenergia-termelés elvi folyamatábrája vízeromuben Az atomeromuvek: Közvetíto közeg: VlZ Atom energa Ho energia Ho energia Mechanikai energa Villamos energia Hasadó anyag Atomreaktor ábra. A villamosenergia-termelés elvi folyamatábrája az atomeromuben Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/13 VE-ea-BSc

4 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Folytonosan megújuló (regeneratív) természeti energiahordozók: a nap sugárzási energiája, a szélenergia, a geotermikus energia, a tengerek ár-apály energiája. A villamos energiát közvetlenül eloállító magnetohidrodinamikus atomelemek és (MHD) generátorok: tüzeloanyag-cellák alkalmazásával. Becslések szerint a vízenergián kívüli regeneratív energiahordozókból termelt, ill. közvetlenül eloállított villamos energia részaránya az ezredforduló körül még az iparilag fejlett országokban sem fogja elérni az összes termelt villamos energia 1%-át A villamosenergia-szolgáltatás minoségi követelményei A villamos energia fogyasztói elvárás: folyamatosan, a megfelelo minoségben o a feszültség (turés, idobeli állandóság, lüktetésmentesség, felharmonikus-mentesség), o frekvencia, o a háromfázisú feszültségrendszer szimmetrikus volta, üzembiztosan o kiesési valószínuség kicsi, azaz megbízhatóság nagy álljon a csatlakozási pontban rendelkezésükre. A csatlakozás helyén átvett villamos energia biztonságos és gazdaságos eljuttatása az egyes fogyasztói berendezésekhez a fogyasztó feladata. A fogyasztó és az áramszolgáltató szoros kapcsolatából következik, hogy aminoségi energiaellátás igénye miatt a fogyasztó se "szennyezze" a villamos hálózatot, azaz ne okozzon áram- ill., feszültségfelharmonikusokat (vezérelt egyenirányítók), feszültséglüktetéseket (ívkemencék), feszültségszimmetria- torzulásokat (aszimmetrikus terhelés) A kooperációs villamosenergia-rendszerek jellemzoi A kooperációs villamosenergia-rendszer(ver): A távvezetékekkel összekapcsolt eromuvek, valamint az ezekhez csatlakozó különféle elosztó hálózatok és a hálózatokon keresztül ellátott villamosenergiafogyasztók összessége alkotja a kooperációs villamosenergia-rendszert, amelyben az eromuvek egymással szinkron kapcsolatban járnak. A nemzetközi kooperációs energiarendszerek szomszédos országok (pl.: CENTREL), országcsoportok (pl.: UCPTE) Napjainkban tehát világszerte általánossá váltak az országos és nemzetközi kooperációs villamosenergia-rendszerek. Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/14 VE-ea-BSc

5 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A kooperáció elonyei az eromuvi teljesítménytartalékok csökkennek, a csúcsterhelés viselésében kisegítik egymást, a terhelés elosztása gazdaságossá válik. nagyobb egységteljesítményu generátorok beépítését teszi lehetové: a fajlagos beruházási költség csökken, afajlagos üzemköltségük kisebb a kialakított többszörösen hurkolt hálózatokon csökken a hálózati veszteség Teljesítményeiosztás (a teherelosztó feladatai) A váltakozó áramú villamos energia nagy mennyiségben, gazdaságosan nem tárolható, tehát az eromuvekben mindenkor a fogyasztók pillanatnyi igényeinek megfelelo s természetesen a mindenkori veszteségeket is fedezo teljesítményt kell termelni. A napi terhelési görbe: Jellemzo nyári nap r..l 6000 [PJoor : 1 Jellemzo téli nap 2000 v _ Export-import Szénhidrogén Széneromuvek Egyéb Atomeromuvek szaldó eromuvek ábra. A magyar VER napi terhelési görbéje A napi terhelésben két terhelési csúcs jelentkezik: délelotti csúcs, esti csúcs. A csúcsterhelés (Pes) tehát a meghatározott idotartam (pl. nap, év) alatt igénybe vett legnagyobb villamos teljesítmény. Az év folyamán eloforduló csúcsterhelések közül a legnagyobbat maximális csúcsterhelésnek nevezzük. Az energiarendszer éves terhelésének alakulására jellemzo a napi csúcsterhelések burkológörbéje. Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/15 VE-ea-BSc

6 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás [P]=MW napok. i'. b " ".,. '1 t k d Jan.le. mar. apr. maj.jun. JU. aug. szep. o 1. nov. eco ábra. A napi csúcsterhelések burkológörbéje a magyar energiarendszerben 1998-ban A hoeromuvek egyik legfontosabb muszaki-gazdasági jellemzoje a fajlagos hofogyasztás [q] = kj/kwh: ahol: [Q] = kj a tüzeloanyagból felszabadított homennyiség, amelyet a villamosenergia-termelésre felhasznált tüzeloanyag tömegének ([m] = kg) és fajlagos futo értékének ([H] = kj/kg) szorzatából számítunk, [Wki] = kwh az eromubol a hálózatba juttatott (kiadott) villamos energia mennyisége. Az eromu hatásfokát tehát a következo összefüggésse számíthatjuk ki: 360 1]=- 100 %, q ahol: [q] = kj/kwh a fajlagos hofogyasztás 3600 kj/kwh fajlagos hofogyasztás felel meg a 100%-os hatásfoknak. Ebbol a szempontból megkülönböztetjük: Az alaperomuveket, amelyek az energiarendszer alapterhelését viszik, olyan terhelést, amely egész évben viszonylag egyenletes. A menetrendtartó eromuveket, az olyan váltakozó terhelésu eromu, amelyik a napi terhelési görbe csúcsidon kívüli, viszonylag kisebb terhelésváltozásainak fedezésére szolgál. A csúcseromuveket, melyek kihasználása jóval kisebb, rosszabb hatásfokúak, indulása viszonylag gyors, rugalmas, gyorsan igénybeveheto tartalékot jelentenek. lyen eromuvek a gázturbinás eromuvek vagy a vízeromuvek közül a tározós eromuvek. A villamosenergia-rendszer jellemzo méroszáma a csúcskihasználási óraszám, amely. wi tes = -- Pes max, (1.-3) ahol: [Wt] = MWh a rendszer eromuvei által a vizsgált idoszakban termelt összes villamos energia mennyisége; [Pes max] = MW: a rendszer maximális csúcsterhelése a vizsgált idoszakban). Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/16 VE-ea-BSc

7 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A terhelési csúcsok csökkentésének eszköze lehet: Az együttmuködo villamosenergia-rendszerek létrehozása, az ipari fogyasztóknak adott vételezési menetrend, a villamos hotároló fogyasztóknak (pl. bojlerek, hotároló villamos kályhák, stb.) a völgyidoszakban (pl. éjszaka) történo bekapcsolása. A villamosenergia-rendszer eromuveinek és hálózatainak üzemirányítását és az üzemmenet állandó ellenorzését a teherelosztók végzik. A teherelosztónak ehhez megfelelo információval kell rendelkeznie az energiarendszer eromuveinek, illetve a fontosabb, csomópont jellegu alállomásainak pillanatnyi teljesítményhelyzeférol, a csomópontok feszültségérol, a rendszer frekvenciájáról, az eromuvek és alállomások villamos kapcsolási állapotáról stb. Ezeket az információkat a teherelosztó a különféle távbeszélo-, távméro- és távjelzo-összeköttetéseken keresztül kapja meg. A körzeti alteherelosztó (vagy közismertebb nevén körzeti diszpécser szolgálat - KDSZ) a foelosztó-hálózat és az elosztóhálózat valamely elhatárolt körzetének, illetve ugyanerre a hálózatra dolgozó kisebb helyi eromuveknek az üzemirányítását végzi. A foelosztó-hálózat növekedésévei a KDSZ-ek a középfeszültségu elosztóhálózatok közvetlen üzemirányítását átadják az e célból létrehozott üzemirányító központnak (ÜK). Az Országos Villamos Teherelosztó (OVT) - amely a magyar villamosenergia-rendszer (VER) központi üzemirányító szerve - irányítása alá tartoznak az országos eromuvek (alaperomuvek), az országos alaphálózat, a nemzetközi kooperációs összeköttetések, valamint a körzeti teherelosztók (KDSZ-ek). A nemzetközi foteherelosztó az országos teherelosztók közbeiktatásával végzi a nemzetközi kooperáció üzemirányítását és ellenorzését. Kooperáló villamosenergiarendszerek Nemzetközi teherelosztó Alaperomuvek KDSZ-ek Országos alaphálózat Kiseromuvek Üzemirányító központok (ÜK) Foelosztóhálózat Villamosenergia nagyfogyasztók Középfeszültségu elosztóhálózat ábra a VER operatív üzemirányításának rendszere Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/17 VE-ea-BSc

8 r BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A teherelosztó feladatai: üzem-elokészítés, közvetlen üzemirányítás, ellenorzés. A gazdaságos teherelosztás egyik eszköze az eromuvek számára készített napi menetrend. Az üzemeló'készítési feladatokat a teherelosztónak naponta el kell végezni.. Ezenkívül hosszabb távú (heti, havi és éves szintu) üzemelokészítési terveket is ki kell dolgozniuk. A közvetlen üzemirányítási és ellenorzési munka során folyamatosan ellenorizni kell az eromuvek menetrendtartását, a hálózat feszültségét és frekvenciáját, a teljesítmény elosztását, és szükség esetén azonnali beavatkozásokat kell foganatosítani a kívánt paraméterek biztosítása érdekében. A teherelosztó feladatát képezi az üzemi berendezések (kazán, turbina, generátor, transzformátor, távvezeték) karbantartási munkálatainál a berendezések leállításának és újbóli üzembe helyezésének engedélyezése. Üzemzavarok esetén azonnali intézkedésekkel kell a zavar kiterjedését megakadályozni, a fogyasztók energiaellátását a leheto leggyorsabban helyre kell állítani A magyar villamosenergia-rendszer jellemzo adatai Szlovákia Ausztria Szlovénia Horvátorszá2 _ 750kV 400 kv 220 kv Alállomás Eromu 120 kv-os kooperáló eromu ábra. A VER országos alaphálózata és eromuvei, kooperációs távvezetékei Az ábrán láthatók a 100MW-nál nagyobb beépített teljesítoképességu eromuvek is, amelyek egy része a korábban alaphálózati szerepet betölto 120kV-os hálózaton keresztül kooperálnak. (1996-ban 7000 km összhosszúságú 120kV-os hálózat üzemelt a VER-ben.) Nemzetközi kooperációs villamosenergia-rendszerek Európában 1990-ben Európában három nagy nemzetközi villamosenergia-rendszeregyesülés üzemelt: az VePTE, a közép- és kelet-európai volt KGST országok rendszeregyesülése és a NORDEL. (Nagy-Britannia Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/18 VE-ea-BSc

9 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás GW teljesítoképességu kooperációs villamosenergia-rendszeréhez Anglia, Wales és Skócia hálózatai tartoznak, így ez tisztán nemzeti ellátó-rendszernek tekintheto.) A NORDEL a skandináv országok (Svédország, Norvégia, Dánia, Finnország és zland) villamosenergia-rendszeregyesülése. Az egyik legnagyobb kooperációs villamosenergia-rendszer az UCPTE (Union for the Coordination of Production and Transmission of Electricity) rendszer, amelyet 1951-ben nyolc nyugat-európai ország (Ausztria, Belgium, Franciaország. Hollandia, Luxemburg. Német Szövetségi Köztársaság. Olaszország és Svájc) mértékadó villamosenergia-termelo és -szállító társaságai hoztak létre. A szervezethez 1978-ban csatlakoztak Spanyolország, Portugália, Törökország és Jugoszlávia villamos társaságai is, így 12 nyugat-európai ország nemzeti villamosenergia-rendszere üzemelt párhuzamosan az UCPTE rendszeregyesülés keretében. A villamosenergia-termelés 1996-ban 1709 TWh (1990-ben: 1470 TWh) értéket ért el. Ez, a forrásokat tekintve a következoképp oszlik meg: - vízenergia 16,4%, - atomenergia 38,4%, - hagyományos hoeromu 45,2%. Az UCPTE rendszerrel szinkron kapcsolatban üzemelnek Dánia szárazföldi részei és Albánia. Aszinkron kapcsolatok üzemelnek a NORDEL és Nagy- Britannia hálózataival, tenger alatti nagyfeszültségu egyenáramú kábeleken keresztül, ezenkívül párhuzamosan üzemel a CENTREL országok kooperációs rendszerével ( ábra) Összes forgalom (harmadik országokkal együtt) UCPTE-tagországok közötti forgalom ábra. Az UCPTE Az UCPTE (1996) új Alapszabálya foglalkozott a párhuzamos üzem eddigi és jövobeni kiszélesítésével - a CENTREL országok bekapcsolódásáról a kooperációba, valamint a bovítés egyéb lehetoségeirol. Kilátásba helyezték - gibraltári kapcsolatokon keresztül - a párhuzamos üzem felvételét a Marokkó Algéria-Tunézia alakzattal. A távlati tervek között szerepel az aszinkron kapcsolat megvalósítása (az ÚT. Balti Gyuru, amellyel Oroszországgal való együttjárás is megvalósulhat), valamint Görögországon és Bulgárián keresztül párhuzamos üzem felvétele Törökországtól Egyiptomig bezárólag. A magyar villamosenergia-rendszernek a KGST-VERE rendszerrel való együttmuködésébol három kedvezotlen öröksége volt: egyoldalúan eros hálózati kapcsolat a volt KGST-országokkal és gyenge kapcsolat az UCPTE irányába; nagy importhányad és egyoldalú importfüggoség a volt Szovjetuniótól; Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/19 VE-ea-BSc

10 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás a villamosenergia-ellátás minoségi jellemzoi nem feleltek meg a nyugat-európai normáknak. A Szovjetunió politikai és gazdasági problémái, a KGST megszunése és a magyar gazdaságnak az Európai Unió felé irányuló tendenciája azt eredményezték, hogy a magyar, szlovák, cseh és lengyel villamosenergia-társaságok között szoros együttmuködés jött létre. Ennek eredményeként a négy villamosenergia-rendszer ben bejelentette az UCPTE-hez való csatlakozási szándékát. Ennek alapján október 18-án 12 óra 30 perckor a CENTREL-rendszert párhuzamosan kapcsolták az UCPTE-rendszerrel, akkor még próba üzem jelleggel. Ezzel kezdetét vette a próbaüzem második szakasza, amelynek tervezett idotartama hozzávetolegesen egy év volt ra sikerült elérni, hogyacentrel egyesülés az UCPTE társult tagja legyen A villamosenergia-termelés fo jellemzoi A világ energiamérlegére jellemzo, hogy állandóan növekszik benne villamos energia részaránya; 1920-ban az összenergia-felhasználásban a villamosenergia részaránya kb. 7% volt, 1970-ben 25%, 1980-ban meghaladta a 30%-ot és valószínusítheto, hogy e tendencia a jövoben is érvényesül. Általában igaz az, hogy a villamosenergia-felhasználás szoros korrelációban van a gazdasági teljesítmény-, a nemzeti össztermék (GDP) alakulásával. ( ábra) % Villamosenergia-felhasználás 1»1 GDP ábra. A bruttó hazai termék (GDP) és a bruttó villamosenergia-fogyasztás korrelációja Magyarországon (Az l-es görbe jelzi a villamosenergia-felhasználást, a 2-es a GDP-t.) A villamosenergia-felhasználás növekedését korunkban jelentosen befolyásolják a primer energiahordozó készletek - elsosorban a koolaj - egyre csökkeno mértéke, a villamosenergia-termelés ezzel együtt növekvo költségei, valamint az eloállítás és hasznosítás különbözo módszereinek a környezetre gyakorolt káros hatásai (környezetszennyezés). Az üzemi eromuveket általában a nagyüzemek gyártási technológiájához szükséges gozigények fedezésére is létesítik. Ezt a megoldást nevezik hoszolgáltatással kapcsolt villamosenergiatermelésnek. Magyarország villamosenergia-termelésének és -felhasználásának alakulása és 1996 között látható az ábrán. Az ábrán l-es számú görbe mutatja az összes felhasználást (fogyasztás+eromuvi önfogyasztás), a 2-es görbe a bruttó fogyasztást (fogyasztást + veszteség), 3-as görbe a nettó termelést és a 4-es görbe az import szaldót TWh-ban. (1 TWh = 1012Wh = 1 milliárd kwh). Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/20 VE-ea-BSc

11 1 ~ Közvllág,ítás~ 1 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás [W]=TWh \ \ 1996 "-... ~ ábra. i'" Országos mérleg: összes felhasználás GWh ~ ~~gos bruttó fogyasztás ~GWh. 1 Vi11amosenergia~rendszer(VER) GWh..-1 közcélú eromuvek nettó termelése ~1 "O~ nnth i G K=1aod"=~ J 974J ~ B Mezo- erdogazd.1laasziitl1177(cj H Szállashely, vendeg~ 453<~ 556,,~J O Egye~~közöss_SiOff.l1503~ _--, E=gy:'..~_~_t_og_y_as_z_as---:J1 065<~-~ lel LJ földgaz ellátás es 2032 VZ ~ Vi11am?s~ner~ia, 1160 > L~pítoipar h;-knz :''> lyfszáiíít~s,posta, r o _...'J ábra: Magyarország villamosenergia-termelés és -felhasználás éves folyamatábrája (1996) Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/21 VE-ea-BSc

12 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A nagyfeszültségu fogyasztók gyakorlatilag az ipari fogyasztókat jelentik. Az ipari fogyasztók napi terhelési görbéje kiegyenlített jellegu. A nagyfeszültségu fogyasztókat a villamosenergia-gazdálkodásért felelos országos hatóság (a Magyar Energia Hivatal) kötelezi arra, hogy havonta egy meghatározott napon óránként és ugyanazon a napon az esti csúcsidoszakban negyedóránként mérjék és regisztrálják tényleges terhelésüket, amely adatokat a fenti hatóság részére kell, hogy szolgáltassanak. Ezért ezeket a fogyasztókat mérésköteles fogyasztóknak is szokás nevezni. [P]=MW ábra. Az ipari (mérésköteles) fogyasztók napi terhelési görbéje 1996-ban a termelt villamos energiának csak 22%-át használták fel a mérésköteles fogyasztók. A kisfeszültségufogyasztók száma nagy (1996-ben ), egy-egy fogyasztó teljesítménye pedig kicsi. de tartoznak a háztartási és a mezogazdaságifogyasztók, valamint a közvilágítás. Az ábrán "Egyéb fogyasztás"-ként jelölt fogyasztói csoport igen változatos összetételu. de tartoznak például a különféle intézmények, hivatalok, a vendéglátó-ipar, a kisipar stb. A kisfeszültségu, nem mérésköteles fogyasztók napi terhelésgörbéje meglehetosen rapszodikus, kiegyenlítetlen jellegu E fogyasztók napi csúcsterhelése az esti csúcsidoszakban jelentkezik, és ennél mindig kisebb a délelotti csúcsterhelés értéke. A kisfeszültségu fogyasztók között a legnagyobb fogyasztást a háztartások villamosenergiafelhasználása képviseli. A háztartási fogyasztók villamosenergia-fogyasztása igen dinamikus an no. A háztartási fogyasztók villamosenergia-felhasználása drasztikus korlátozások nélkül - csak viszonylag kismértékben szabályozható. Az egy lakosra jutó bruttó villamosenergia-fogyasztás tekintetében - az ENSZ statisztikai adatai alapj án - Magyarország az európai "középmezonyben" foglal helyet ban hazánkban az egy lakosra jutó bruttó villamosenergia-fogyasztás 3392 kwh volt. Érdekes, hogy a világ országai között ez a mutató Norvégiában a legnagyobb, ott ugyanis meglehetosen sok eromu - elsosorban vízeromu - üzemel, lakosainak száma viszont kevés. Magyarországon a villamosítás 99,3%-ra becsülheto, azaz az összes lakás és üdülo közül csupán 0,7% nincs a közcélú villamos hálózatra kapcsolva. Készítette: Tényi V. Gusztáv 61/22 VE-ea-BSc

13 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika. eloadás Villamos energetika 1. - eloadásvázlat (Novothny féle jegyzet alapján) 2. VLLAMOSENERGA-TERMELO BERENDEZÉSEK A villamos energia az ipari országok nemzetgazdaságának valamennyi fogyasztói szektorában már napjainkban is jelentos szerepet játszik. Felhasználásának terjedése és növekedése vitathatatlan elonyeivel magyarázható: viszonylag gazdaságosan állítható elo; nagy távolságokra is kevés veszteséggel szállítható; nem igényel tárolást, (ill. a váltakozó áramú energia nem tárolható; a kívánt energiafajtává egyszeruen átalakítható; a felhasználás helyén állandóan rendelkezésre áll; tiszta, kényelmes és jól automatizálható a felhasználása. A villamos energia eloállítása, szállítása, elosztása és felhasználása a villamosenergia-ellátás folyamatában valósul meg. E folyamatban minden olyan létesítményt, amely villamos energiát fejleszt, ill. a villamos energiát a fejlesztés helyétol a felhasználóhoz (fogyasztóhoz) eljuttat ja villamos munek nevezünk. A villamosmuvek összekapcsolt, irányított együttmuködo rendszere a villamosenergia-rendszer r , Víllamosenel-gia-ellátás folyamata.. Villamosenergia.. \i1lamosenerglo- -s7állítás Villomosenerglo- -termelés elosztás' -felhasználás ----, Atviteli- es Erömt'lvek elosztó hól. és ber. L ~ Villamos mt'lvek! Fogyosztók ábra A villamos muvek helye a villamosenergia-ellátás folyamatában A fogyasztók igényelte legfontosabb energiafajták. mechanikai -, ho-, fény-, vegyi- és atomenergia. A leggyakrabban felhasznált primer energiahordozók, mint bányászott energiahordozók a következok: szilárd tüzeloanyagok (hulladék, lignit, barnaszén, feketeszén, antracit); folyékony tüzeloanyagok (ásványolaj); gáznemu tüzeloanyagok (földgáz); hasadó anyagok (uránium, tórium). Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/23 VE-ea-BSc

14 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Az alapenergia-források másik kategóriáját az ún. természeti energiaforrások alkotják melyek: mechanikai energia (vízmozgás, szél); hoenergia (napsugárzás, melegvíz-források). Azt a villamos muvet, amely valamely primer energiahordozó felhasználásával villamos energiát, vagy villamos energia fejlesztésével egybekötötten hoenergiát fejleszt, eromunek nevezzük. 2.1 Eromuvek A hagyományos eromuvek villamosenergia-fejlesztése vázlatosan a ábrán tanulmányozható. Energia "felszabadítás" (Energiaátadás közvetíti) közegn ek) Energia átalakítás Erögép aik. Energia átalakítás Vili. generátor ábra A villamosenergia-fejlesztés általános módja eromuvekben Néhány fontos meghatározás: A villamos mu lehet közcélú-, vagy üzemi villamos mu. A jutoeromu ho- és villamos energia termelésére egyaránt alkalmas gépi berendezésu villamos eromu. Csúcseromu Beépített teljesítoképesség az eromuben a beépített gépegységek(az összekapcsolt turbinát és a generátort értjük) generátorkapcsokra vonatkoztatott teljesítoképessége. A gyakorlatban alkalmazott eromuveket különbözo szempontok (pl. energiaforrás, terhelés jellege) szerint csoportosíthatjuk. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/24 VE-ea-BSc

15 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Hoeromuvek fobb üzemi jellemzoi és foberendezései A villamos energia termelése érdekében a hoeromuvekben lejátszódó leglényegesebb folyamatokat két csoportra oszthatjuk: ún. fo technológiai folyamatokra és az azt kiegészíto folyamatokra. Eromuvek felépítése, energiaátalakítások: motor GozGozkazán -Szélkerék -Vízturbina Áramfej Gáznemu Hohordozó Hofejleszto Gozturbina, Belsoégésu gozgép, (nyitott égéstermék Gáznemu közeg Energiaforrás Energiaátalakítási Villamos generátor Levego Goz, Gázturbina - lánc berendezés égéstermék Dugattyús gozturbina Kémiai Égési kamra, hocserélo Reaktor berendezés gáz (zárt Erogép energia körfolyamatú) ~ Mechanikai mechanikai Hoenergia~ ~villamoskörfolyamatú) hoenergia~ hoenergia Magenergia gázturbina ~ energia ~ mechanikai ~villamos energia Kémiai ~hoenergia energia ~ A fo technológiai folyamatok - amelyek az eromu foberendezéseiben zajlanak - a következok: a tüzeloanyag kémiai energiájának átalakítása hoenergiává (elégetési folyamat); a hoenergia átadása a közvetítoközegnek; a közvetítoközeg hoenergiájának átalakítása mechanikai energiává; a mechanikai energia átalakítása villamos energiává. A fobb kiegészíto folyamatok - amelyek segédberendezéseket igényelnek - a következok: a tüzeloanyaggal kapcsolatosak a hutovízzei kapcsolatosak a pótvízzel kapcsolatosak Azt az elvi (ho) kapcsolási vázlatot, amely a vízgoz- vagy a gáz-körfolyamatot tartalmazza és magában foglalja mindazon berendezéseket, amelyekben a közvetíto közeg (vízgoz vagy gáz) valamilyen változáson megy keresztül az eromu ho-sémájának nevezzük. A ho-sémában feltüntetik a közvetíto közeg legfontosabb állapotjellemzoit is (nyomás, homérséklet). Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/25 VE-ea-BSc

16 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Eromuvek csoportosítása: engervíz Csoportosítási szempontok Magenergia Hoeromu kis Középeromu nagy Atomeromu Vízeromu Naperomu Széleromu MW Hoszolgáltatás Gázturbinás Menetrendtartó Ellennyomásos eromu eromu eromu eromu Eromutípus Országos (körzeti) eromu Belsoégésu Üzemi Alaperomu Villamosenergia-szolgáltatás Elszigetelt Kapcsolt villamosenergia-szolgáltatás Gozturbinás Együttmuködo Elvételes Kondenzációs Csúcseromu ho- eromu motoros éseromu (kooperációs) eromu Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/26 VE-ea-BSc

17 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Gozturbinás eromuvek A gozeromunek - a fo technológiai folyamatnak megfeleloen - három foberendezése van: - a kazán; - a gozturbina; - és a villamos generátor. A tiszta kondenzációs eromuben a teljes fejlesztett gozmennyiség villamos energia termelésére szolgál A kazán ban termelt gozt a turbinába vezetik, amely a villamos generátort hajtja. göz VH TR TU su T TS~ l.-/' tápvíz : hütöv'íz ' ~ c:::,opadek ~ ~ -f KSZ ábra Kondenzációs eromu egyszerusített hokapcsolási vázlata 1 tüzeloanyag; 2 levego; KA kazán; 3 füstgáz; 4 salak és hamu; TU turbina; G generátor; TR transzformátor; SÜ leágazás a segédüzemek részére; KO kondenzátor; KSZ kondenzvíz szivattyú; T táptartály a gáztalanítóval; TSz tápszivattyú; VR villamos hálózat; KE kémény A ábra kondenzációs eromuvének hatásfoka alacsony. A hatásfok növelésére számos muszaki megoldás született. lyen hatásfoknövelo megoldások az eromuben a léghevítés, a megcsapolásos tápvíz-elomelegítés és a közvetíto közeg újrahevítése. Ellennyomású eromuvekben ( ábra) a turbinából távozó goz nem a kondenzátorbajut, hanem a teljes gozmennyiséget a hofogyasztók kapják, amelyek azt részben technológiai-, részbe futési célokra használják fel. A turbina ez esetben is villamos generátort hajt, azonban a termelt villamos energia mennyisége a fogyasztók igényelte gozmennyiségtol függ. Gozelvételes eromurol ( ábra) beszélünk, ha a goznek csak egy hányadát vezetik a hofogyasztókhoz, a többi része a turbinában expandál egészen a kondenzátomyomásig. Az elvételes gépeket tehát elvileg két részre, egy tisztán ellennyomású gépre és egy kondenzációs gépre lehet bontani. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/27 VE-ea-BSc

18 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A gozturbinás eromuvek energetikai alkalmazása: a kondenzációs eromuvek, a villamosenergia-rendszer legfontosabb eromuvei, amelyek teljes egészében a közcélú villamosenergia-ellátást szolgálják. villamosenergia- és hofejlesztésre egyaránt szolgálnak az ellennyomású és az elvételes eromuvek. Ezek az úrr. hoszolgáltató eromuvek, amelyekben a fejlesztett villamos energia mennyiségét nem az együttmuködo villamosenergia-rendszer követelményei, hanem a hofogyasztók igényei (hoszolgáltatási igények) szabják meg. A hoszolgáltató eromu alapveto válfajai: o az ipari hoszolgáltató eromu, amely ipari hofogyasztó berendezéseket lát el; o a jutoeromu, amely futési hoigényt elégít ki (pl. városok, városrészek távfutése). A magyar villamosenergia-rendszer hoeromuveiben a felhasznált összes tüzeloanyag kb. háromnegyedét villamosenergia-termelésre fordítják, míg negyedét távhoszolgáltatásra Gázturbinás eromuvek A gázturbinás eromuben a foberendezések közül a kazán elmarad, helyét a repülogép hajtómuhöz hasonló gázturbina tölti be. A gázturbinás eromuvek tüzeloanyaga elsosorban olaj vagy fóldgáz. A közvetíto közeg vízgoz helyett maga az égéstermék, a füstgáz. 2 E ábra Egyszeru nyitott rendszeru gázturbinás eromu elvi hokapcsolási vázlata M indító motor; K kompresszor; E égotér; GT gázturbina; G generátor 1 levegobeszívás; 2 tüzeloanyag; 3 füstgáz a kéménybe; 4 villamos energia Az eromu hatásfokát alapvetoen az határozza meg, hogy: a gázturbina és a légkompresszor hatásfoka mekkora; a turbinába beömlo gáz homérséklete milyen magas, a turbinából kilépo gázok hotartalmát milyen mértékben hasznosítják, azaz milyen a megvalósított körfolyamat. E jellemzoknek megfeleloen a következo hatásfokjavító megoldásokat alkalmazzák: a szabadba távozó füstgázok hojével muködo hocserélot építenek be, amely a beszívott levegot elomelegíti, és így a tüzet nem huti; Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/28 VE-ea-BSc

19 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás többfokozatú kompressziót és expanziót alkalmaznak, amelynek során a kompressziós fokozatok között hutik, az expanziós fokozatok között pedig újrahevítik a hohordozó közeget; kombinált ciklust (gáz-goz körfolyamatot) alkalmaznak, amelyben a gázturbina távozó hojét gozeromuben hasznosítják. (Kombinált ciklusú eromuvek) A gázturbinás eromu elonyei: gyors üzemkészség, a berendezés és a kezelés egyszerusége, a hutovíz-ellátástól való teljes, vagy részleges függetlenség. Hátrányai: a gozeromuvekénél rosszabb hatásfok, szerkezeti okok következményeként kisebb egységteljesítményu turbina. Alkalmazási területek: a nagyobb egységteljesítményu gázturbinás eromuveket csúcseromuként alkalmazzák a villamosenergia-rendszerekben; az együttmuködo villamosenergia-rendszerben gyorsan indítható hideg tartalékként alkalmazzák; sajátos eromuvi alkalmazási területe a földalatti szénelgázosítás termékeivel üzemeltetett gázturbinás eromu; kohóüzemekben a hulladékenergiák (pl. kohógáz) felhasználása; végül a gázturbina távozó hoenergiájának gozeromubeni hasznosítása az úrr. kombinált ciklusú eromuben ( fejezet). Kapcsolt energiatermelés Kapcsolt energiatermeléssel (Azaz a villamos energia és a hoenergia egyideju értékesítéséve.) nagyon jó hatásfokot lehet elérni az energiaátalakításban, ezért világszerte tapasztalt fejlesztési iránya villamos energia közös technológiával való termelése a hovel. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/29 VE-ea-BSc

20 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Kombinált ciklusú eromu A gázturbinából távozó füstgáz homérséklete és hoenergia tartalma alkalmas gozfejlesztésre így az eddig szabadba távozó, vagy csak részben használt füstgáz energiáját egy gozciklusban jól lehet hasznosítani. A kombinált ciklusú gázturbinás eromuvek elonyei: takarékos primerenergia felhasználás; hatásos energia-kihasználás; mérsékelt károsanyag (füstgáz) kibocsátás. 3 Gözh asznosítgs ábra Kombinált ciklusú eromu hokapcsolási vázlata G generátor; LSZ légszuro; HT hangtompító; K kompresszor; E égotér GT gázturbina; HK hohasznosító kazán; NT nedvesgoz-tartály; TSZ tápvízszivattyú TT tápvíztartály; KE kémény; EM elomelegíto; EG elgozölögteto; TH túlhevíto; levegobeszívás; 2 tüzeloanyag; 3 füstgáz a szabadba; 4 villamos energia Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/30 VE-ea-BSc

21 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Hazai kombinált ciklusú eromuvek Dunamenti hoeromu(1870 MW) Kelenföldi gázturbinás eromu Gozkazánok MW 6-6MW 137 MW Forróvizkazánok Ellennyomású gozturbínák.magyar" futéíturbínák 6bar 15 bar ábra Gázturbinás kapcsolt energiatermelés forró vizes távfutéshez Kelenföldön Borsod Chem Diesel- és benzinmotoros eromuvek Ezen eromuvekben a goz-, ill. a gázturbina helyett a generátor hajtó gépeként diesel-motort, vagy egészen kis teljesítmények esetén - benzinmotort alkalmaznak. Nem gazdaságos, azaz alkalmazáskor a gépegységek egyértelmu elonyei a mértékadók: gyors indíthatóság; egyszeru kezelés és szabályozás; csekély vízszükséglet; rugalmas üzemmenet. Alkalmazási területek: szükség-áramfejleszto berendezésként olyan villamosenergia-fogyasztóknál, amelyeknél váratlan áramkimaradás esetén azonnali helyettesíto áramszolgáltatást kell biztosítani (pl. vasútbiztonsági berendezések, híradástechnikai berendezések, kohóüzemek levego- és gázellátása, stb.); olyan területek villamos energia szolgáltatójaként, ahová még nem lehetett a közcélú villamosenergia-szolgáltatást kiépíteni (pl. tanyák, távol eso építkezések és olajvidékek). Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/31 VE-ea-BSc

22 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Vízeromuvek fobb üzemi jellemzoi és foberendezései A vízeromuvekben a víz helyzeti, ill. mozgási energiáját hasznosítják oly módon, hogy az esésmagasságnak és a vízmennyiségnek megfelelo típusú vízturbinákkal hajtják a villamos generátort. A vízeromuvek összefoglaló osztályozását a táblázat mutatja táblázat Vízeromuvek osztályozása g Osztályozási szempont Vízfolyás Kis Megnevezés esés Törpe eromu Megjegyzés m-nél kw 0-15 és kw mnagyobb kw kw - Villamosenergia-fejlesztés öntözés, hajózás, vízellátás, stb. Tengervíz -Természetes Szivattyús Többféle tározó hasznosítási tározó cél A folyóvízi eromuvek kis-, vagy legfeljebb közepes esésuek, és épülhetnek: külön kialakított mederbe (ún. üzemvíz-csatornás eromu); vagy a folyómederbe Üzemvízcsatornás eromu ábra Üzemvízcsatornás eromu elvi elrendezése 1 vízlépcso; 2 vízkivételi mu; 3 felvízcsatorna; 4 erotelep; 5 alvízcsatorna Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/32 VE-ea-BSc

23 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Folyómederbe épített eromu A folyómederbe épített eromu magában a folyómederben foglal helyet. A beépítés helyén a vízszállításhoz, azaz az eromu muködéséhez szükséges esést duzzasztómu létesítésével érik el, minek következtében az áramlási sebesség csökken, és a vízmélység megno. Ez a megoldás csak akkor lehetséges, ha az árvíz és hordalékviszonyok, valamint a jégzajlás olyan kedvezoek, hogy a mederszukítés megengedheto. A folyó hajózhatóságát az ún. hajózózsilip beépítésével továbbra is biztosítják. A mederben egymás mellett van az erotelep, a duzzasztómu és a hajózsilip ( ábra) ábra Mederbe épített folyami eromu elvi elrendezése 1 erotelep; 2 duzzasztógát; 3 zsilip; 4 jégterelo Tározós eromuvek Tározós eromuvek elsosorban hegyvidéken építhetok vagy természetes tavak kihasználásával, vagy pedig a vízfolyás völgyzárógátas elrekesztéséve ábra Tározós eromu elvi elrendezése 1 duzzasztógát; 2 tározómedence; 3 nyomóvízcsatoma; 4 kiegyenlítomu; 5 nyomócso; 6 eromu; 7 alvíz A kiegyenlítomu (vízzár) olyan kiegyenlíto tartályból vagy medencébol áll, amely befogadja az utánáramló vizet, és tárolja is az esetben, ha a turbinákat valamilyen oknál fogva az eromuben lezárják. A kiegyenlítomu révén tudják megakadályozni, hogy a nyomócsoben a nyomás megengedhetetlen értékre növekedjék. Ugyanez az elrendezés alkalmazható abban az esetben is, ha a tározómedencét természetes tó képezi. A víz szintjét mesterséges felduzzasztássallehet emelni. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/33 VE-ea-BSc

24 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Szivattyús tározós eromuvek Szivattyús tározómuvek leggyakoribb elrendezését, a felsomedencés kivitelt a ábra mutatja. A vízeromuveknél a tározás mértéke szerint beszélhetünk napi, heti, évszakos és éves tározási lehetoségrol. Legjellemzobb a heti tározás és a nappali-éjszakai üzemmód ábra Felsomedencés szivattyús tározómu elvi elrendezési vázlata 1 felso medence; 2 alsó medence, vagy folyó; 3 szivattyú; 4 vízturbina; 5 szinkrongép; 6 közös nyomóvezeték Alkalmazási területek: folyami vízeromuvek: akisesésu vízeromu villamosenergia-termelése ingadozó, esetleg szakaszos, a közepes esésu kisebb ingadozású, folytonos. Mindkét fajta eromuvet kooperációs alaperomuként alkalmazzák; tározós eromuvek: a tározómedencébol a vizet nem kell a hozzáfolyás ütemében felhasználni, így az eromu teljesítménye a villamosenergia-fogyasztás ingadozásainak megfeleloen szabályozható. Az ilyen eromuvek tehát igen alkalmasak az energiarendszer csúcsterheléseinek fedezésére (csúcseromuvek) szivattyús tározós eromuvek: ezen eromuveknek energiarendszerbeni alkalmazásával biztosítani lehet a ho- és az atomeromuvek egyenletes terhelését, gazdaságos üzemét. Ugyanis. kisterhelésu idoszakokban (pl. éjszaka) gépei vizet szivattyúznak a tározóba, a csúcsidoben lebocsátva a vizet gépegységeikkel energiát szolgáltatnak (csúcseromu). Hazai alkalmazások A Tiszalöki vízlépcsok villamosenergia-termelési, vízgazdálkodási és hajózhatósági célokat szolgálnak. A két eromu átlagos éves villamosenergia-termelése 160 millió kwh. Üzemvízcsatornás vízeromuvünk a Rába vizét hasznosító kervári-, vagy a mindössze 0,5 MW-os Gibárti Vízeromu, amely 1903-ban létesült a Hernád folyó éles kanyaránál, Gibárt községnél. A vízenergiát két, vízszintes tengelyu Francis-turbina hasznosí~a. A 12 kv-os GANZgenerátorok egyenként 250 kw teljesítményuek. Évi villamosenergia-termelése 2,8 millió kwh. (Hazánkban van még néhány kis-teljesítoképességu vízeromu.) Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/34 VE-ea-BSc

25 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika. eloadás Atomeromuvek Atomeromuvek felépítés, muködése Az atomeromu és a hagyományos hoeromu között az a lényeges különbség, hogya hotermelés a kazán helyett az 00. reaktorban megy végbe. A reaktorban keletkezett hot közvetítoközeg (hutoközeg) juttatja el a hocserélobe. Ez a folyamat az 00. primer (nagy radioaktivitású) körben játszódik le. A hocseréloben keletkezett gozt a turbinára vezetik. A turbinából a goz a kondenzátorba jut, ahonnan a csapadék a hoeromuveknél megismert módon kerül vissza a hocserélobe (szekunder kör) Egy ilyen rendszeru atomeromu hokapcsolási rajzát a ábra mutatja. Göz R TU ~. esz ~,1--Pr:--- -Av--+=+_J VZ j: : TSZ ~ KO KSZ 1+=+1 L- ~ ~ E KSZ ábra Atomeromu hosémája (nyomottvizes) R atomreaktor; esz cirkulációs szivattyú; H hocserélo; TU gozturbina; G generátor; KO kondenzátor; KSZ kondenzvíz-szivattyú; E elomelegíto; TSZ tápszivattyú Egy atomeromu fobb részei tehát: a hofej1eszto reaktor a hoátadási rendszer, az erogépcsoport, valamint az ezekhez szervesen hozzátartozó segédberendezések (szabályozó-berendezések, üzemanyag-elokészítés és kezelés stb.). A hoerogép lehet goz- vagy gázturbina. A gyakorlatban egységes eromuvi reaktortípus nem alakult ki, így a különbözo atomeromu-típusokat az alkalmazott reaktortípusok határozzák meg, A reaktor fo szerkezeti elemei: az üzemanyag elhelyezésére szolgáló aktív zóna (reaktormag) ; az aktív zónát körülvevo neutronlassító közeg, azaz a moderátor (termikus reaktoroknál); az aktív zónából, a reaktorból kilépni igyekvo neutronok visszaverésére szolgáló reflektor; a maghasadás során keletkezett hot elvezeto hutoközeg; a szabályozó és méroberendezések; sugárvédelmi berendezések. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/35 VE-ea-BSc

26 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Heterogén rendszeru a reaktor, ha az üzemanyag és a moderátor elkülönített közeg. Homogén rendszeru reaktoroknál az üzemanyag és a moderátor homogén keveréket alkot. A kétféle rendszer elvi felépítésére példát a ábra mutat b) ábra Atomreaktorok elvi felépítése a) heterogén reaktor: 1 beton; 2 reflektor; 3 szabályozórudak; 4 moderátor; 5 üzemanyag; 6 hutoközeg-beömlés; 7 hutoközeg-kiömlés; b) homogén reaktor: 1beton; 2 reflektor; 3 szabályozórúd ;( szükség szerint beépítve); 4 üzemanyag- és hutoközeg-beömlés; 5 üzemanyag- és hutoközeg kiömlés Nagy teljesítményu atomeromuvekben elterjedten alkalmazzák a termikus reaktorokat. (A termikus neutronokkal végzett maghasadásnál nagy elony a jó szabályozhatóság. Termikus neutronokkal - a természetben eloforduló elemek közül - egyedül az urán 235-ös tömegszámú izotópja, az U235 hasítható.) Ezért a termikus reaktorok üzemanyaga természetes, vagy U235 -ben dúsított urán. A termikus reaktorok közül két típus, a "gázgrafitos" és a vizes ma már kipróbált, teljesen megbízható, kereskedelmi típusnak tekintheto. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/36 VE-ea-BSc

27 BMF - Kandó K. Villamosmémöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Atomeromutípusok Gáz-grafit reaktoros (GGR) eromuvek A gáz-grafit reaktoros megoldás lényege, hogy a reaktor grafittal moderált és széndioxid gázzal hutött. Üzemanyaga természetes urán Forraló vizes (BWR) reaktorok Ennél a típusnál a moderátort és a hutoközeget egyaránt könnyuvíz szolgáltatja és a hutéskor a nyomás alatt levo hutovízbol goz (ill. hevített goz) lesz. A reaktorban fejlodo gozt közvetlenü1lehet a turbinába bevezetni, ami jobb termikus hatásfokot, egyszerubb szerkezetet eredményez (a primer és a szekunder kör egyesítése révén a hocserélo elhagyható ) és olcsóbb létesítést tesz lehetové Nyomás alatti vízzelhutött (PWR) reaktorok Ennél a típusnál a moderátor és a hutoközeg egyaránt könnyuvíz. A reaktorban termelt homennyiséget a hutoközeg víz formáj ában veszi fel (azért nyomott vizes, mert akkora nyomás alatt kell tartani, hogy a kb. 500 C-os víz ne forrjon), majd a hocserélon keresztül egy másik vízkörben (szekunder körben) gozt termel, amelyet gozturbinában hasznosítanak. A legfontosabb elonyök: a hutoközeg és a moderátor ugyanaz az anyag (brómos víz); a víz beszerzése és kezelése olcsó; a vízzel hutött reaktor negatív hofoktényezoju lehet, ami azt jelenti, hogy - nukleáris szabályozás nélkül is - maga a hutoközeg nem engedi meg a reaktor megszaladását; a nyomás alatti víz miatt a reaktorméret, és ezáltal a fajlagos beruházási költség is kicsi. Hátrányos tulajdonságai: muködéséhez dúsított üzemanyag szükséges (ui. a futoelemek eloállítási költsége annál kisebb, minél kisebb arányú dúsítást kell alkalmazni); termikus hatásfoka a többi reaktortípushoz képest valamivel kisebb (nagy, MW egységeik azonban már versenyképesek); a gozfejlesztéshez külön hocserélore van szükség; a viszonylag alacsony gozjellemzok miatt a szokványostói eltéro turbinák szükségesek. A Paksi Atomeromu elso, 1760 MW-os kiépítése 4 db WER-440 típusú reaktorrallétesült Nehézvizes (HWR) reaktorok További termikus reaktorok a nehézvíz-moderátoros (HWR) reaktorok. Az eddig tárgyalt termikus reaktorok közös jellemzoje, hogy kevesebb hasadó anyagot termelnek (U238-ból Pu239_et), mint amennyitfogyasztanak (U235_öt) Szaporító (tenyészto) reaktorok Ezen reaktorok elsosorban abban különböznek a termikus reaktoroktól, hogy több hasadó anyagot termelnek, mint amennyit fogyasztanak. Két fo csoportjuk van: a gyorsneutronos szaporítók (FBRgyorsreaktorok) és a termikus szaporítók. Az elobbiek U238~PU239ciklussal, az utóbbiak Th232~U233 ciklussal muködnek Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/37 VE-ea-BSc

28 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Egyéb eromuvek A természetben a tüzeloanyagokon, a víz energiáján és az atommag-átalakulások energiáján kívül más energiahordozók is találhatók. Ezek az ún. természeti energiahordozók. de tartoznak a következok: a Nap sugárzási energiája; a szélenergia; a geotermikus energia (vagyis a hoforrások gozének, ill meleg vizének az energiája); a tengerek árapály-energiája; a tengeráramlások energiája. Ezeknek az energiahordozóknak közös jellemzoje a kis energiasuruség, a helyhez kötöttség és az esetlegesség (pl. idojárási tényezok) Naperomuvek A napsugárzás teljesítoképességét kb TW-ra becsülik. Ebbol átlagosan 1,8'109 MW éri a Földet. A napenergia hasznosítása világszerte állandóan növekszik, éspedig helyiségek futésére és meleg víz eloállítására. A kutatások mai szintjén a napsugárzás átalakítása villamos energiává - történjék az közvetlenül félvezetos fényelemekkel, vagy közvetve, hokörfolyamattal - ma még lényegesen költségesebb a gyakorlatban eddig bevált eloállítási módszereknél. Ha a napsugárzás átalakítása villamos energiává a jelenlegi módszerekkel versenyképes lesz, beillesztése a többi energiaforrások közé már nem jelent majd problémát, mivel a napenergia rendelkezésre állása szinte korlátlan, csak a felhasználható energia termelési költsége a dönto, az átalakítás hatásfoka nem Széleromuvek A Föld évi szélenergia-készletét kwh-ra becsülik, amelynek legfeljebb 0,3%-a hasznosítható gazdaságosan. A szélsebesség lényegesen befolyásolja a szélenergia kihasználhatóságát, s emellett fontos körülmény az egyenetlen rendelkezésre állás. A szélenergia fo elonye a villamosenergiaipar szempontjából az, hogy közvetlenül mechanikai és ebbol villamos energiává alakítható át. Azonban a szélkerék optimális hatásfoka 60%, ami éves átlagban 6-15% körüli, a légtömegek teljesítménysurusége pedig kicsi (kb. 0,2 kw/m2, 7 mis közepes szélsebesség esetén), ezért igen nagy berendezéseket kellene építeni ahhoz, hogy elfogadható teljesítményeket lehessen elérni Geotermikus-eromuvek A Föld természetes melegforrásai adják az alapot a geotermikus energia kinyerésének és hasznosításának. A földkéregben fúrásokat végeznek, amelyeken át m mélységbol túlhevített gozt, goz-forróvíz keveréket, vagy forró vizet hoznak fel ( C). Minimálisan 1 MW-os telep létesítése gazdaságos. Komplex hasznosításra is lehetoség nyílik, hiszen a meleg víz hoje pl. a mezogazdaságban hasznosítható, a vízben levo vegyi anyagok kinyerhetok. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/38 VE-ea-BSc

29 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás Árapály-eromüvek Az árapály-eromuvek a tenger árapály-jelenségébol származó nagy szintkülönbségét használják fel. Az ún. egymedencés, kettos muködésu eromuben dagály idején a turbinákon keresztül feltöltik a tárolómedencét tengervízzei, apály idején pedig a vizet ugyancsak a turbinákon keresztül visszabocsátják a tengerbe. Jellemzoje, hogy az eromu szolgáltatta teljesítmény periodikus a szintkülönbség változás ának a függvényében Tengeráramlás-eromüvek Közismert, hogy az óceánokban óriási víztömegek mozognak folyamatosan egy irányban. Ezen áramlások talán legismertebbje a Golf-áramlás. Egy tengerfenékhez rögzített vízturbinát helyeznek mélyen az áramlás fosodrába, és az általa meghajtott generátor villamos energiát termel. 2.6 Eromuvek térbeli kialakítása Az ebben a pontban összefoglalóan az eromuvek telepítésének és elrendezésének fobb általános szempontjait tárgyaljuk, valamint kissé részletesebben az egyik legfontosabb speciális feladatot, az üzemi foépület elrendezését, térbeli kialakítását. Egy eromunek a következo fobb követelményeket kell kielégítenie: funkció; gazdaságosság; o az energiahordozók- és az égéstermékek szállításával, elhelyezésévei, o a nagy mennyiségu hutovíz beszerzésével, ill. a hutés üzemévei, és o a termelt energia felhasználásával, ill. szállításával o a bovíthetoség szükségessége és lehetoségei. biztonság; szakmai-jogi és társadalmi szempontok (beleértve a környezetvédelmet is); esztétikai megjelenés. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/39 VE-ea-BSc

30 BMF - Kandó K. Villamosmérnöki Kar Villamos energetika 1. eloadás A Kiskörei Tisza. Vízeromuben 4 db, 107 limin fordulatszámú csoturbinával közvetlenül kapcsolt 7 MV A-es generátor került beépítésre és üzemel. A Tiszalöki Vízeromu gépházának keresztmetszetét a ábra mutatja ábra A Tiszalöki Vízeromu gépházának keresztmetszete 1 elocsatorna; 2 gereb; 3 gerebtisztító berendezés; 4 elzáró zsilipek; 5 zsilipmozgató félportáldaru; 6 szívócso; 7 betétgerendák; 8 gépházi daru; 9 generátor; 10 turbinaforgórész az állítható szárnylapátokkal A közepes esésu folyami eromuvekjellegzetes turbinatípusa a Francis-turbina. A turbinagenerátor tengelyelrendezése függoleges. A gépház építészeti kialakítása nem tér el akisesésu eromuétol. Tározós eromuvekben, kisebb eséseknél Francis-turbinákat, nagyobb eséseknél szabadsugárturbinákat (Pelton-kerék) alkalmaznak vízszintes elrendezésben. A szivattyús tározós eromuvekben legalkalmasabb a Francis-, vagy a Pelton-turbina. Mindkét típus készítheto vízszintes és függoleges tengelyeirendezéssei, így az eromuvekben mindkét elrendezés használatos Atomeromuvek Az eromu-étesítéseken belül az atomeromuvek létesítése képezi a legtöbb tudományág ismeretének egyideju, összehangolt alkalmazását jelento, azaz legösszetettebb feladatot. Egy atomeromu létesítésekor, a tervezés idoszakában - a hagyományos eromuvek telepítési szempontjain kívül - az eromu speciális jellegébol következo további szempontokat is figyelembe kell venni, éspedig: a telephely közelében lehetoleg nagyobb település ne legyen; kevés legyen a szélmentes napok száma (kedvezo meteorológiai viszonyok igénye); a telephely árvízveszély-mentes területen helyezkedjék el, ill. ha folyóvíz mellé telepítik, akkor a rendezett terep szintje úgy állapítandó meg, hogy még átmenetileg se öntse el az ár se a telephelyet, se a hozzávezeto utat. Készítette: Tényi V. Gusztáv 40/40 VE-ea-BSc