VILLAMOSENERGIA-RENDSZER

Átírás

1 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM VILLAMOSENERGIA-RENDSZER 2013/ őszi szemeszter

2 Villamosenergia-rendszer Villamosenergia-rendszerek Európában

3 Villamosenergia-rendszer

4 Villamosenergia-rendszer

5 Villamosenergia-rendszer

6 Villamosenergia-rendszer 50 MW-nál nagyobb erőművek Gönyű 433MW Atom Szén Szénhidrogén (olaj, gáz)

7 Villamosenergia-rendszer Forrás - Bihari P., Balogh A.: Erőművek, Budapest, 2002

8 Villamosenergia-rendszer

9 Villamosenergia-rendszer Forrás - Bihari P., Balogh A.: Erőművek, Budapest, 2002

10 Villamos energia hálózat elvi felépítése ~ Fogyasztó Termelés Szállítás Felhasználás

11 Villamosenergia-igények Villamosenergia-rendszer napi terhelési diagramja Csúcsterhelések napi maximumai éves szinten Forrás - Bihari P., Balogh A.: Erőművek, Budapest, 2002

12 Erőművek csoportosítása A VILLAMOSENERGIA- RENDSZERBEN BETÖLTÖTT SZEREPÜK SZERINT Alaperőművek: a villamosenergia-rendszer alapterhelését viszik, amely egész évben viszonylag egyenletes. Ezek az erőművek a legjobb hatásfokú, a legkisebb önköltséggel termelő erőművek, melyek a karbantartást kivéve egész évben folyamatosan üzemelnek (pl. atomerőmű). Változó terhelésű erőmű (menetrendtartó erőmű): a viszonylag kisebb terhelésváltozások fedezésére szolgál. Kihasználásuk kisebb mint egy alaperőműé, azonban terhelésük tág határok között változtatható (pl. hőerőmű). Csúcserőművek: az alapterhelésen felül jelentkező, nem állandó ún. csúcsterheléseket viszi. A csúcserőművek kihasználása jóval kisebb mint az alaperőműveké, így ezek az erőművek rosszabb hatásfokúak lehetnek. Ezen erőművek indulása viszonylag gyors (pl. vízerőmű).

13 Hőerőművek Fő technológia folymatok: a tüzelőanyag hőenergiává alakítása, gőzképzés, gőz mechanikai energiává alakítás(gáz-gőzturbina) és ezt villamos energiává alakítani (generátor) Fő kiegészítő folyamatok: tüzelőanyaggal kapcsolatos (az anyag fogadása, tárolása, a salak(pernye) gyűjtése és elszállítása), és a hűtővíz bevezetése, szűrése

14 Hőerőművek

15 Hőerőművek Forrás Benko Zs. I., Pitrik J..: Energetika - Energiamenedzsment, 2011

16 Hőerőművek MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: GŐZTURBINÁS ÉS GÁZTURBINÁS ERŐMŰVEKET Gőzturbinás: kazánban elégetve (szén,fa,lignit) a gőzt továbbmegy a túlhevítőbe, majd innen a gőzturbinába kerül ez meghajtja a generátort ami előállítja a 3F feszültségrendszert. Három fő berendezése: kazán, gőzturbina, villamos generátor. Turbinaüzem: kezeli a kondenzációs a tápházi és a hűtővízrendszer berendezéseit Villamos üzem: generátor hűtőberendezései, nagyfeszültségű kapcsolók, villamos háziüzem is. MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: KONDENZÁCIÓS, ELLENNYOMÁSÚ, ELVÉTELES ERŐMŰVEKET Kondenzációs: a teljes fejlesztett gőzmennyiség villamos energiát termel. Ellennyomású: a turbinából távozó gőz nem a kondenzátorba jut, hanem a teljes hőmennyiséget távfűtésként továbbítja Gőzelvételes: a gőznek csak egy részét vezetik tovább távfűtésnek, a többit a turbinába.

17 Gőzturbinás hőerőmű elvi hőséma

18 Gázturbinás hőerőművek Gázturbinás: nincs kazán, tüzelőanyaga olaj vagy földgáz (viszont újabban már szilárd tüzelőanyagot is használnak (pl.:szénpor) - egyszerű nyitott rendszer - nyitott rendszer kétfokozatú kompresszorral (levegőhűtővel és hőcserélővel) - zárt rendszer - gázturbina és gőzerőmű kombinációja

19 Vízerőművek A víz helyzeti illetve mozgási energiáját hasznosítják. Az esésmagassághoz a megfelelő vízturbinát alkalmazzák. Energiaforrás: - folyóvíz - természetes tározó - szivattyús tározó - tengervíz Esési magasság: - kis esésű(0-15m) - közepes esésű(15-50m) - nagy esésű(50m felett) Teljesítőképesség: - törpe erőmű(0-100kw) - kis erőmű( kw) - közepes erőmű(1-10mw) - nagy erőmű(10mw felett) Vízgazdálkodás: - csak villamos energia fejlesztésre - többféle hasznosítási célra (öntözés, hajózás, vízellátás)

20 Vízerőművek - üzemvízcsatorás MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: ÜZEMVÍZCSATORNÁS-, MEDERBE ÉPÍTETT FOLYAMI-,TÁROZÓS-, SZIVATTYÚS ERŐMŰVEKET A víz egy mesterséges mederbe kerül, ahol eljut az erőtelephez és innen csatornán vissza a folyóba.

21 Vízerőművek mederbe épített folyami MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: ÜZEMVÍZCSATORNÁS-, MEDERBE ÉPÍTETT FOLYAMI-,TÁROZÓS-, SZIVATTYÚS ERŐMŰVEKET A folyómederben található; vízmélységet megnövelik (duzzasztómű); hajózhatóságát hajózsilippel teszik lehetővé.

22 Vízerőművek tározós MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: ÜZEMVÍZCSATORNÁS-, MEDERBE ÉPÍTETT FOLYAMI-,TÁROZÓS-, SZIVATTYÚS ERŐMŰVEKET A hegyvidéken építhető, (vagy természetes tavak kihasználásával), ún. kiegyenlítőmű befogadja az utánaáramló vizet, és tárolja is az esetben ha a turbinákat lezárják, a víz szintjét mesterségesen duzzasztással emelik. Forrás Tóth P., Bulla M., Nagy G.: Energetika, 2011

23 Vízerőművek szivattyús MEGKÜLÖNBÖZTETÜNK: ÜZEMVÍZCSATORNÁS-, MEDERBE ÉPÍTETT FOLYAMI-,TÁROZÓS-, SZIVATTYÚS ERŐMŰVEKET Egy alsó vízfolyásból az erőmű szivattyúval, csöveken keresztül felnyomják a felső medencébe a vizet,és innen engedik le.

24 Atomerőművek FISSZIÓS TERMIKUS REAKTOROK A hőtermelés a kazán helyett a reaktorban megy végbe, az itt keletkezett hőt közvetítő közeg (hűtőközeg) juttatja el a hőcserélőbe (primer kör). A hőcserélőből a gőz a turbinába kerül innen a kondenzátorba jut, ahonnan a csapadék már úgy kerül vissza a hőcserélőbe, mint a hőerőműnél (szekunder kör). Fő részei: hőfejlesztő reaktor, hőátadási rendszer, erőgépcsoport, segédberendezések. Hőerőgép: gőz- vagy gázturbina.

25 Atomerőművek Könnyűvizes reaktorok: ezekben mind a moderátor, mind a hűtőközeg könnyűvíz. Ebbe a típusba tartoznak anyomottvizes és aforralóvizes reaktorok. Nehézvizes reaktorok: a moderátor, és a hűtőközeg is nehézvíz. Grafitmoderátoros reaktorok: ezen belül agázhűtésű reaktorok, és akönnyűvízhűtésű reaktorok. Nyomottvizes Forralóvizes

26 További energiatermelési lehetőségek SZÉLERŐMŰ

27 További energiatermelési lehetőségek GEOTERMIKUS ENERGIA BIOMASSZA ERŐMŰ

28 További energiatermelési lehetőségek NAPERŐMŰ NAPENERGIA

29 További energiatermelési lehetőségek FÚZIÓS REAKTOR Mag-egyesülést használja, elméletileg pozitív energiamérleggel fog bírni.

30 Hálózati szerepkörök, feszültségszintek Névleges vonali feszültség[kv] 750 (433) 400 (231) 220 ( 127) 120 ( 69,3) 35 (20,2) 20 (11,5) 10 (5,77) 6 (3,46) 0,4 ( 0,231) alaphálózat főelosztóhálózat elosztóhálózat Alacsonyfrekvenciás (50Hz) villamos térre a magyarországi egészségügyi határértékek: Villamos térerősség[v/m] Foglalkozási Lakossági 5.000

31 Hálózati szerepkörök, feszültségszintek főelosztóhálózat

32 A feszültségszint nagyságának jelentősége Az átvivendő teljesítmény : = = UI a létrejött feszültségesés : P U = IR = U ennek százalékos értéke: U ε = 100 U A feszültséget kétszeresére növeljük : ε = 2PR 2 4U 100 PR 2U S (%) = 100( %) 2 P R (cosϕ = 1) PR 2 U ( % ) = 100 ( % )

33 VER alakzatok SUGARAS HÁLÓZAT Egy pontból táplált, többszörösen szétágazó nyitott vezetékrendszer, amelyben az energia a fogyasztókhoz csak egy úton juthat el. Előnye, hogy a hálózat jól áttekinthető, a hibahely könnyen meghatározható, védelme egyszerű. Hátránya, hogy üzemzavar esetén nagy terület maradhat energia nélkül, valamint a legutolsó fogyasztónál nagy a feszültségesés.

34 VER alakzatok GYŰRŰS HÁLÓZAT Egyetlen táppontból kiinduló és oda visszatérő gerincvezetékből, valamint a hozzá kapcsolódó leágazásokból áll. Előnye, hogy a fogyasztók két irányból kapnak villamos energiát, így meghibásodás esetén a megfelelő szakasz kizárható, és a többi fogyasztó ellátható. Hátránya, hogy a táppont kiesése esetén az összes fogyasztó energia nélkül marad, valamint a hálózat védelme bonyolultabb.

35 VER alakzatok SUGARAS HÁLÓZAT Lényegében olyan gyűrűs hálózat, amely két vagy több, egymástól független táppontba csatlakozik. A gerincvezeték megszakítókkal több részre osztható, így üzemzavar vagy karbantartás miatt az egyes szakaszok kizárhatók. Bármely táppont kiesése esetén is biztosítható a fogyasztók energiaellátása. Hátránya, hogy az ilyen hálózat már bonyolult védelmet igényel, ezért célszerű, hogy normál üzemállapotban a gerincvezetéket két sugaras hálózatra osztjuk, és csak üzemzavar esetén kapcsoljuk össze. Ezáltal a hálózat egyszerűen védhető.

36 VER alakzatok KÖRVEZETÉK Olyan zárt vezetékhálózat, amely a táppontból kiindulva az összes fogyasztó érintése után visszatér a táppontba. A körvezeték kialakítható két táppontból indítva is. Az egyes fogyasztói gyűjtősíneket összekötő vezetékszakaszokról további leágazások nincsenek. A körvezetékre csatlakozó fogyasztó üzemszerűen mindig két irányból kap táplálást, ami az energiaellátás minőségét és biztonságát növeli. Hátránya a nagyobb beruházási költség, valamint a táppontok kiesése az összes fogyasztót érinti.

37 VER alakzatok HURKOLT HÁLÓZAT A vezetékek egymással összekapcsolt, bonyolult, zárt rendszert alkotnak. A vezetékek több csomópontot és fogyasztói táppontot kötnek össze, ezért ez a hálózat a legüzembiztosabb. Mivel a fogyasztókhoz egyidejűleg több úton juthat el az energia, ezért itt a legkisebb a feszültségesés. Hátránya, hogy bonyolult védelmet igényel és a létesítési költsége nagy. Ilyen kialakítású általában az elosztóhálózat, az alaphálózat és a városi középfeszültségű kábelhálózat.

38 Nagyfeszültségű hálózat elemei Vezetékek: Feladata a villamos erőátvitel. A hálózatok kialakítása történhet szabadvezetékek vagy kábelek alkalmazásával. Szabadvezetékeinken csupasz alumínium sodronyokat használnak, amelyek megfelelnek mind a villamos, mechanikai, vegyi, valamint a gazdasági követelményeknek is. A 400 illetve 750 kv-os hálózatokon a nagyobb energiaátvitel biztosítása érdekében a vezetékeket kötegelik, ilyenkor 3-4 sodrony is lehet egymás mellett. Ezáltal no a vezetékkeresztmetszet, csökken az ellenállás és csökken a vezeték sugárzása is.

39 Nagyfeszültségű hálózat elemei Szigetelők: Feladata a vezeték tartása és a földtől való elszigetelése. A megfelelő mechanikai illetve villamos tulajdonságok elérése miatt a szigetelőket láncokba fűzik. Ezek tartják a sodronyokat. A szigetelőláncokat ívterelő szerelvényekkel is ellátják, így az átívelés nem a szigetelő felülete mentén következik be. A szigetelő testén az átívelés maradandó roncsolódást okoz, vagy maga a szigetelő törik szét az íveléskor keletkező magas hőmérséklet hatására.

40 Nagyfeszültségű hálózat elemei Oszlopok: A nagyfeszültségű szabadvezetékes hálózatokon acéloszlopokat használnak a vezetők elhelyezésére. Az acéloszlopoknak több típusa is létezik. A távvezetéken 3 5 km-enként, illetve nyomvonaltöréseknél feszítőoszlopokat alkalmaznak, amelyek a vezetékek megfelelő feszítését biztosítják.

41 Nagyfeszültségű hálózat elemei Transzformátorok: A különböző feszültségű hálózatokat transzformátorokkal kapcsolják össze. Az állomások legdrágább és legfontosabb berendezése, ezért több védelemmel is ellátják. A legnagyobb teljesítményű transzformátorokat a nagyfeszültségű állomásokban használják, némelyik több száz MVA teljesítményű is lehet

42 Nagyfeszültségű hálózat elemei Megszakítók: feladata az üzemi áramok kapcsolása, valamint hálózati hiba esetén a zárlati áramok megszakítása. A védelmi berendezések az egyes hálózatrészeket a megszakítók segítségével kapcsolják le. Szakaszolók: az áram útjának kijelölésére szolgálnak, áramok kapcsolására nem alkalmasak. Túlfeszültséglevezetők: feladata a hálózat védelme a káros túlfeszültségek ellen, amelyek fő oka a villámcsapás. A túlfeszültséglevezető egy szigetelőbe épített feszültségfüggő ellenállás, amely egy meghatározott feszültség elérésénél lecsökkenti az ellenállását.

43 Nagyfeszültségű hálózat elemei Áramváltók: feladata a hálózaton folyó áramok átalakítása mérhető értékűre. Az áramváltó segítségével mért áramértékeket használják fel védelmi és mérési célokra. Az üzemirányítók ez alapján figyelhetik a hálózat terhelését. Kialakítása szerint egy szigetelőbe épített, rövidrezárt szekunder tekercsű transzformátor. Feszültségváltók: feladata a hálózat feszültségének átalakítása mérhető értékűre. A feszültségváltók által mért értéket használják fel védelmi és mérési célokra. Tulajdonképpen egy szigetelőbe épített egyfázisú transzformátor. MEGSZAKÍTÓ SZAKASZOLÓ