Szerkesztette: BIHARI PÉTER

ERŐMŰVEK Szerkesztette: BIHARI PÉTER BUDAPEST, 2002

ERŐMŰVEK Írta: Balogh Antal, okleveles gépészmérnök, Bihari Péter, okleveles gépészmérnök, Lektorálta: Dr. Gács Iván, okleveles gépészmérnök, a műszaki tudomány kandidátusa, Szerkesztette: Bihari Péter Bihari Péter, Balogh Antal ii

Köszönetnyilvánítás A könyv szerzői ehelyütt fejezik ki köszönetüket Gács Ivánnak a könyv írása közben és a lektorálás során tett értékes javaslataiért és tanácsaiért. A Szerkesztő köszönet mond Szivek Ferencnek és Pintér Lászlónak, akik az ábrák készítésében működtek közre, valamint Kurucz Balázsnak és Kovács Gábornak, akik a kézirat szövegének ellenőrzésében segítettek. iii

iv

Előszó Az erőművek (mely alatt e tankönyvben alapvetően a hő- és atomerőműveket értjük) szintetizáló szaktárgy. Felhasználja az energetikai, a hőtani és az áramlástani alapismereteket, valamint az energiaátalakítással foglalkozó szaktárgyak keretében tanultakat, s ezeket az erőművek szakterület keretébe helyezi. A tankönyv öt fejezetre oszlik. Az első fejezet az erőművi villamosenergia-fejlesztés és a villamosenergia-szállítás és elosztás alapvető fogalmaival ismerteti meg az olvasót. A 2. fejezet az erőművi energiaátalakítás gazdasági vonatkozásaival és a gazdaságilag optimális terhelésvitellel foglakozik. A 3. fejezet, mely e tankönyv gerincét alkotja, a gőzkörfolyamatú erőművek lényegi kérdéseit tárgyalja. A 4. és 5. fejezet a gáz és gáz/gőz munkaközegű erőművek sajátosságait mutatja be. A tankönyv szemléletmódjában a LÉVAI ANDRÁS nevével fémjelzett erőműves iskola hagyományaira és tárgyalásmódjára épít. Az erőművi energiaátalakítást alapvetően berendezésközpontúan vizsgálja. Ugyanakkor a szükséges mélységben és módon felhasználja a BÜKI GERGELY által jegyzett hőmérséklet/entrópia szemléletmód egyes módszereit. v

vi

Fontosabb jelölések Az itt nem közölt jelölések értelmezését első előfordulási helyükön adjuk meg. Jel Megnevezés Mértékegység A felület, keresztmetszet m 2 a teljesítőképességre vonatkoztatott fajlagos beruházási költség Ft/kW Á éves árbevétel Ft/a B beruházási költség Ft B 0 diszkontált beruházási költség Ft C évi költség Ft/a C a az évi költség állandó része Ft/a C v, C ü az évi költség változó része Ft/a c p izobár fajhő J/(kg K) E villamos energia J H entalpia J H ü tüzelőanyag fűtőérték J/kg H entalpiaáram W h fajlagos entalpia J/kg k energia egységköltség Ft/kWh hőátviteli tényező W/(m 2 K) k a az energia egységköltség állandó része Ft/kWh k v, k ü az energia egységköltség változó része Ft/kWh m tömeg kg m tömegáram kg/s P (villamos) teljesítmény W p nyomás bar kamatláb 1 (%/a) p ü tüzelőanyag ár Ft/kg; Ft/m 3 p Q tüzelőanyag hőár Ft/J Q hő J Q hőteljesítmény, hőáram W q fajlagos hőfogyasztás 1 (kj/kwh) A táblázat folytatódik. vii

A táblázat folytatása. Jel Megnevezés Mértékegység r párolgáshő J/kg tartaléktényező 1 S entrópia J/K S entrópiaáram W/K s fajlagos entrópia J/(kg K) t hőmérséklet C időpont T abszolút termodinamikai hőmérséklet K T termodinamikai átlaghőmérséklet K V térfogat m 3 V térfogatáram m 3 /s v fajtérfogat m 3 /kg W munka J w sebesség m/s x gőz fajlagos gőztartalma 1 (%) y gőz fajlagos nedvességtartalma 1 (%) α annuitás 1/a α l leírási hányad 1/a α TMK karbantartási tényező 1/a δ az optimális hatásfoktól való eltérés rontótényezője 1 ε önfogyasztási hányad 1 (%) η hatásfok 1 (%) ρ sűrűség kg/m 3 τ időtartam s Φ felületi hőcserélő kihasználási tényezője 1 s viii

Egyéb jelölések és indexek Az itt nem szereplő jelöléseket első előfordulási helyükön magyarázzuk. Jel Értelmezés Jel Értelmezés GE gőzerőmű k kondenzációs GM gázmotor ell ellennyomású GT gázturbina irr irrevezibilis GK gőzkazán m mennyiségi GF gőzfejlesztő 0 ideális, elméleti G/G gáz/gőz erőmű be belépő H hőközlés ki kilépő T gőzturbina min minimális K kompresszor max maximális kondenzációs F hőkiadás, fűtés opt optimális E villamos energia cs csúcs- KE kondenzációs erőmű ü tüzelőanyag, üzemanyag * valós folyamat növekmény- ix

x

Rajzi jelek Vezetékek Jel Megnevezés Szín Megjegyzés gőz frissgőz (vörös) tápvíz, kondenzátum, fűtési forró/melegvíz, hűtővíz főtápvíz (kék) (mellék) csapadékvíz (cián) fűtési forróvíz/melegvíz (világoszöld) hűtővíz (sötétzöld) iszap, lúg nyersvíz, lágyított víz, pótvíz (ibolya) levegő, nem éghető gáz füstgáz gáznemű tüzelőanyag olaj szén vezérlés Berendezések Hőforrások Jel Megnevezés Jel Megnevezés gőzkazán általában nyomottvizes atomreaktor gőzkazán túlhevítővel atomerőművi gőzfejlesztő gőzkazán túlhevítővel és újrahevítővel gázturbina égőkamra gőzkazán túlhevítővel, széntüzeléssel, levegő- és tápvízelőmelegítő résszel (kombinált rajzjel) póttüzelés kombinált ciklusú blokknál xi

Berendezések Turbinák, kompresszorok és szivattyúk Jel Megnevezés Jel Megnevezés gőzturbina általában gázturbina gőzturbina szabályozott megcsapolással gázkompresszor gőzturbina szabályozatlan megcsapolással gőzkompresszor folyadékszivattyú ventilátor Berendezések Szerelvények Jel Megnevezés Jel Megnevezés szelep visszacsapószelep (az áramlás a fehér mező felől a fekete felé irányul) tolózár csap vegyi vízlágyító gőzsugár-légszivattyú nyomásmérő szabályozó impulzus, növekvő értékre működik szabályozó impulzus, csökkenő értékre működik nyomáscsökkentő szelep (a háromszög csúcsa a kisebb nyomás felé mutat) csapadékvíz elvezető automata vízbefecskendezéses gőzhőmérséklet szabályozó mennyiségmérő regisztrálással hőmérő xii

Berendezések Hőcserélők Jel Megnevezés Jel Megnevezés általános célú folyadék-folyadék hőcserélő keverő előmelegítő gőzfűtésű felületi tápvízelőmelegítő felületi gőzkondenzátor kondenzálódó gőzzel fűtött gőztúlhevítő keverő kondenzátor gőzhűtő gáztalanítós táptartály felületi kondenzációs tápvízelőmelegítő főáramkörű gőzhűtővel és csapadék utóhűtővel gőzfűtésű levegő előmelegítő felületi kondenzációs tápvízelőmelegítő mellákáramkörű gőzhűtővel és csapadék utóhűtővel (Ricard-kapcsolás) xiii

xiv

Tartalomjegyzék 1. A villamosenergia-fejlesztés alapfogalmai 1 1.1. A villamosenergia-rendszer (VER)... 3 1.1.1. A VER általános ismertetése... 4 1.1.2. A magyar villamosenergia-rendszer... 6 1.1.2.1. Az erőműrendszer szervezeti felépítése... 6 1.1.2.2. A villamosenergia-fejlesztés primer energiahordozó felhasználása... 7 1.1.2.3. A jelenlegi erőműpark... 7 1.1.2.4. Szállítás és elosztás... 9 1.1.2.5. Teherelosztás, koordináció... 10 1.2. Villamosenergia-igények... 11 1.3. A teljesítőképesség mérleg... 14 1.3.1. Előtervezési teljesítőképesség mérleg... 14 1.3.2. A tényleges teljesítménymérleg... 19 1.3.3. A kényszerű kiesések vizsgálata... 21 1.4. Tartalékok... 23 1.4.1. Tartalékok a szigetüzemű erőművekben... 24 1.4.2. Tartalékok az erőműrendszerben... 25 2. A Villamosenergia-fejlesztés gazdasági értékelése 29 2.1. Alapfogalmak... 31 2.1.1. A pénz időértéke, kamat... 31 2.1.2. Az erőművek költségei... 33 2.1.2.1. Az erőmű életciklusa... 33 2.1.2.2. Általános költségmodell... 34 2.1.2.3. Beruházási költség... 37 2.1.3. A működési időtartam alatt felmerülő évi költségek... 40 2.1.4. A villamos energia egységköltsége... 43 2.1.5. Az erőművek árbevétele, nyeresége... 44 2.1.5.1. Költség- és árbevétel függvények... 44 2.1.5.2. Egységköltség az erőműrendszer tagjainál... 45 2.2. Beruházási döntések... 47 2.2.1. Mennyiségi értékelés statikus gazdaságossági számítások... 48 2.2.1.1. A megtérülési idő (payback period)... 48 2.2.1.2. A megtérülési ráta... 49 2.2.2. Mennyiségi értékelés dinamikus gazdaságossági számítások... 49 2.2.2.1. A megtérülési ráta (rate of return)... 51 2.2.2.2. A megtérülési idő... 52 2.2.2.3. Nettó jelenérték (net present value, NPV)... 52 xv

2.2.2.4. A belső megtérülési ráta (internal rate of return, IRR)...53 2.2.3. Pótlólagos beruházások és az egységköltség...54 2.2.3.1. Optimális kiépítés pont...55 2.3. A villamosenergia-rendszer gazdaságos üzemvitele...56 2.3.1. Erőművi jelleggörbék...57 2.3.2. Gazdaságos terheléselosztás...58 2.3.2.1. A megszakításos üzemvitel gazdaságossága...61 2.3.3. Rendszerszintű optimálás...62 2.3.3.1. A tüzelőanyag elosztás optimálása...62 2.3.3.2. Gazdaságos terheléselosztás nagyszámú blokk között...64 2.4. A villamosenergia-rendszer bővítésének tervezése...66 2.5. Az állami irányítás és az európai normák hatása a villamosenergia-iparra...70 2.5.1. Törvényi keretek, hatóságok befolyása...70 2.5.1.1. A Villamos Energia Törvény...71 2.5.1.2. Árképzési módszerek...72 2.5.1.3. A villamos energia árának hatósági szabályozása...74 2.6. Az új kihívás: az Európai Unió (EU) irányelvei...77 3. Gőz munkaközegű erőművek 79 3.1. Reverzibilis gőzkörfolyamatok...81 3.1.1. A Rankine Clausius-körfolyamat...82 3.1.2. A telített gőzös körfolyamat...86 3.2. Körfolyamat elemzés és veszteségfeltárás...88 3.2.1. Termodinamikai szemléletmód...88 3.2.2. Az energiaátalakítás veszteségei...91 3.2.2.1. Mennyiségi veszteségek...91 3.2.2.2. Minőségi veszteségek...93 3.2.2.3. Összetett veszteségek... 101 3.2.3. Hatásfoknövelő módszerek... 101 3.3. Valóságos körfolyamatok... 104 3.3.1. Az alapok feltárása... 104 3.3.2. Hatásfokok, relatív jellemzők... 108 3.4. Az erőmű strukturális felépítése... 113 3.4.1.1. Technológiai modell... 115 3.4.2. Erőművi hőkapcsolások... 116 3.4.2.1. A Láng-BBC 215 MW-os kondenzációs blokk... 116 3.4.2.2. A VVER-440 atomerőművi blokk... 118 3.4.2.3. Korszerű kondenzációs blokk... 119 3.5. Hőforrások és segédberendezéseik... 121 3.5.1. Tüzelőanyag ellátás... 121 3.5.1.1. Szénellátás... 123 3.5.1.2. Fűtőolajellátás... 125 3.5.1.3. Gázellátás... 126 3.5.2. Kazánok és segédberendezéseik... 126 3.5.2.1. Alapfogalmak, energetikai jellemzők... 126 3.5.2.2. Kazánszerkezetek... 130 3.5.2.3. Segédberendezések... 135 xvi

3.5.3. Atomerőművek, atomreaktorok... 143 3.5.3.1. Nukleáris üzemanyag ciklus... 143 3.5.3.2. Atomerőművek típusai... 146 3.5.3.3. Üzembiztonság... 152 3.5.3.4. A gőzfejlesztés lehetőségei... 155 3.6. A gőzturbina és segédrendszerei... 161 3.6.1. Alapfogalmak... 161 3.6.1.1. A turbinafokozat jellemzői... 162 3.6.1.2. A turbinafokozat veszteségei és hatásfoka... 163 3.6.1.3. Többfokozatú turbinák... 165 3.7. Kondenzációs és hűtési rendszerek. Vízellátás... 167 3.7.1. A kondenzációs berendezés... 167 3.7.1.1. Keverő kondenzátorok... 168 3.7.1.2. Felületi kondenzátorok... 172 3.7.1.2.1. A felületi kondenzátoron belüli termikus folyamatok... 172 3.7.1.2.2. A felületi kondenzátorok kihasználási tényezője... 182 3.7.1.2.3. A felületi kondenzátorok szerkezete és üzeme... 183 3.7.1.2.4. Gáztalanítás a felületi kondenzátorban... 187 3.7.1.2.5. Felületi kondenzátorok tisztítása... 188 3.7.1.3. Kondenzátorok vízszintszabályozása... 189 3.7.1.4. A kondenzátor segédberendezései... 191 3.7.1.5. Az atomerőművi kondenzátorok üzemeltetési sajátosságai... 193 3.7.2. Az erőmű vízellátása... 194 3.7.2.1. A hőkörfolyamat vízvesztesége... 195 3.7.2.2. A hűtőkörfolyamat vízveszteségei... 198 3.7.2.2.1. Hasznos párolgás... 198 3.7.2.2.2. Természetes párolgás... 200 3.7.2.2.3. Lebocsátás... 200 3.7.2.2.4. Elszivárgási veszteség... 201 3.7.2.2.5. A salak és pernyeeltávolítás vízigénye... 202 3.7.2.2.6. Egyéb vízfogyasztások... 203 3.7.2.2.7. A vízveszteségek összegeződése... 203 3.7.2.3. A vízigények kielégítése... 204 3.7.2.3.1. Források... 204 3.7.2.3.2. Kutak... 204 3.7.2.3.3. Felszíni vízfolyások... 205 3.7.3. Hűtési rendszerek... 208 3.7.3.1. Frissvízhűtés... 209 3.7.3.2. Közvetlen léghűtés... 213 3.7.3.3. Hűtőtavas hűtés... 214 3.7.3.3.1. A hűtőtavak létesítési és üzemeltetési kérdései... 216 3.7.3.4. Nedves hűtőtornyos hűtés... 218 3.7.3.4.1. A nedves hűtőtornyok szerkezeti kialakítása... 218 3.7.3.4.2. Nedves hűtőtornyok műszaki-gazdaságossági mutatói... 222 3.7.3.4.3. A nedves hűtőtornyok hőtechnikai méretezése... 224 3.7.3.4.4. A nedves hűtőtornyok üzemeltetési kérdései... 229 3.7.3.5. Közvetett léghűtés. A Heller-Forgó-féle száraz hűtőtorony... 230 xvii

3.7.3.6. Száraz/nedves kombinált (hibrid) hűtőtornyos rendszerek... 233 3.7.3.7. A hűtőrendszerek egyéb elemei... 236 3.8. Tápvízelőmelegítés, tápvízrendszer... 237 3.8.1. A tápvízelőmelegítés elmélete... 237 3.8.1.1. Tökéletes előmelegítés a teljes gőzmennyiséggel... 238 3.8.1.2. Tökéletes előmelegítés csapolt gőzzel... 241 3.8.1.3. Nem ideális előmelegítés... 247 3.8.1.3.1. Egyfokozatú előmelegítés... 247 3.8.1.3.2. Felületi tápvízelőmelegítő optimális kialakítása... 253 3.8.1.3.3. Többfokozatú előmelegítés... 256 3.8.1.3.4. Optimális fokozatszám... 268 3.8.1.3.5. A termikusan legkedvezőbb előmelegítő-rendszer... 271 3.8.1.3.6. Optimális előmelegítési véghőmérséklet... 271 3.8.1.4. Valóságos tápvízelőmelegítés... 275 3.9. Termikus gáztalanítás és vegyi vízkezelés... 276 3.9.1. Gáztalanítás... 276 3.9.1.1. A gáztartalom és a korrózió kapcsolata... 276 3.9.1.2. A gázok bejutásának lehetőségei... 277 3.9.1.3. A gáztalanítás célja és elvi lehetőségei... 277 3.9.1.4. A termikus gáztalanítás elméleti alapjai... 278 3.9.1.5. Gáztalanító szerkezetek... 281 3.9.1.6. A gáztalanítás paramétereinek megválasztása... 286 3.9.1.7. Állandó és változó nyomású gáztalanítás... 287 3.9.1.8. Gáztalanítás a VVER-440-es blokk szekunderkörében... 291 3.9.2. Korrózió és vegyi vízkezelés... 291 3.9.2.1. Kőképződés és gőzelsózódás... 291 3.9.2.2. Vízoldali korrózió... 295 3.9.2.3. A tápvíz vegyi előkészítése... 299 3.9.2.3.1. Ioncserélők... 301 3.9.2.3.2. Különleges vízkezelési eljárások... 310 3.10. Szivattyúk... 311 3.11. A gőzkörfolyamat főparamétereinek megválasztása... 312 3.12. Újrahevítés... 312 3.13. Indítás, leállítás és terhelésváltoztatás... 312 4. Gáz munkaközegű erőművek 313 4.1. Alcím... 315 5. Gáz/gőz munkaközegű erőművek 317 5.1. Alcím... 319 6. Felhasznált források, ajánlott irodalom 321 xviii

1. fejezet A VILLAMOSENERGIA- FEJLESZTÉS ALAPFOGALMAI 1. A VILLAMOSENERGIA-FEJLESZTÉS ALAPFOGALMAI ÍRTA: BIHARI PÉTER

Az erőművek rendeltetése, hogy a természetben előforduló energiahordozókat jobban hasznosítható, nemesített energiahordozókká alakítsák át a mindenkori fogyasztói igényeknek megfelelően. Ilyen nemesített energiafajták: a hő, a mechanikai energia és az abból nyert villamos energia. Az erőművekben előállított nemesített energiahordozók között kiemelt szerepet tölt be a villamos energia, melynek felhasználását jó tulajdonságai és határtalan lehetőségei biztosítják. A villamos energia az egyetlen, általánosan felhasználható energiafajta, mely a fogyasztók szinte minden igényét világítás, fűtés, hűtés, mozgatás, közlekedés stb. képes kielégíteni a megfelelő átalakító berendezés közbeiktatásával. További előnye, hogy felhasználása jól szabályozható és egyszerűen szállítható. Hátránya a többi energiafajtához képest a viszonylag nagy előállítási költség, az előállításával járó környezetszennyezés, valamint az a tulajdonsága, hogy közvetlenül nem vagy csak rendkívül korlátozott mértékben tárolható. Előnyös tulajdonságai okán mára a villamos energia elsőrendű energiafajtává vált, olyannyira, hogy életünk már elképzelhetetlen nélküle. Mindezek szükségessé teszik, hogy megfelelő ismeretekkel rendelkezzünk a villamosenergiafejlesztéssel kapcsolatos műszaki, gazdasági és környezetvédelmi feladatokról. 1.1. A villamosenergia-rendszer (VER) A villamosítás kezdeti korszakában az 1800-as és 1900-as évek fordulóján az energiaszolgáltatást még semmilyen tervszerűség nem jellemezte. Ebben az időszakban a fejlődést két irány jellemezte: az egyik, az ún. horizontális fejlődés, mely egyre nagyobb területek (egyre több fogyasztó) rendszerbe kapcsolását jelentette; a másik irányvonal a vertikális bővülés, mely a már villamosított körzetekben az ellátás kimélyítésében jelentkezett. Ez részben több fogyasztó bekapcsolását, részben pedig a fogyasztói igények kibővülését jelentette. Magyarország a villamosításban a kezdeti időszakban élenjáró szerepet töltött be, hiszen az európai szárazföld első villamosműve 1882-ben, Temesvárott kezdte meg működését. A rendszer fejlődését az 1920-as évekig a bányaerőművek és a kis vízerőművek megjelenése (Ikervár, Gelbárt, Felsődobsza) jelentette. Az 1934-ben életbe a villamos energia fejlesztéséről és szolgáltatásáról szóló törvény, mely új távlatokat nyitott az egységes villamosenergiarendszer kialakulása felé. A második világháborút követően megkezdődhetett az országos szintű egységes villamosenergia-rendszer kialakítása, mely igen sok új, szénbázisú erőmű (mátrai, ajkai és inotai) építését jelentette az 1940-50-es években. Az 1960-70-es években léptek be a rendszerbe a szénhidrogén tüzelésű erőművek (dunamenti és tiszai), majd az 1980-as években a paksi atomerőmű blokkjai. Ezután közel másfél évtizedes szünet következett az erőműépítésben, melyet az 1990-es évek végén és a 2000-es évek elején ismét fellendülő erőműépítés tört meg. E korszak domináns erőművei az alapüzemre tervezett kombinált (gáz/gőz) ciklusú hőszolgáltató erőművek. A jövőt illetően megoszlanak a vélemények. Egyes kutatók a megújuló energiák mind szélesebb körű hasznosításában látják a fejlődés útját, teljes egészében lemondva az atomenergiáról és jelentősen korlátozva a hagyományos tüzelőanyagok szerepét. Mások szerint az emberiség nem mondhat le az atomenergiáról és a fosszilis 3

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) energiahordozók esetében is található olyan megoldás a hasznosításukra, mely a környezetre nézve a lehető legkisebb terhelést jelenti. Valószínűleg mindkét tábor érvelésében vannak részigazságok, ugyanakkor jó döntést csak akkor lehet hozni, ha a döntéshozók kellően tájékozottak a lehetséges alternatívák jellemzőiről és következményeiről. 1.1.1. A VER általános ismertetése A fogyasztók villamosenergia-igényét az egyes erőművek nem elszigetelten, hanem egységes villamos hálózatra kapcsoltan látják el. A villamosenergia-rendszer további részrendszerekre oszlik (1 1. ábra), ezek a rendszer energiafejlesztő elemeit, azaz az erőműveket tartalmazó erőművi alrendszer, az alap- és főelosztó hálózatot magában foglaló szállítási alrendszer (ezen alrendszer feladata a nemzetközi villamosenergia kereskedelem is), az elosztási alrendszer, azaz a közép- és kisfeszültségű fogyasztói elosztóhálózat, valamint a fogyasztói alrendszer, azaz a fogyasztóknál található villamos berendezések összessége. ERŐMŰVI ALRENDSZER export/import SZÁLLÍTÁSI ALRENDSZER ELOSZTÁSI ALRENDSZER FOGYASZTÓI ALRENDSZER 1 1. ábra. A VER alrendszerei Az együttműködő országos erőműrendszer létrehozását a villamosenergia-ellátás biztonsága és gazdaságossága indokolta. Az együttműködésben rejlő előnyök kiszélesítése érdekében, valamint a villamosenergia-export vagy import lehetővé tétele szükségessé tette az országos villamosenergia-rendszerek összekapcsolását. Az 1993. évig hazánk tagja volt a KGST VERE (villamosenergia-rendszerek egyesülése) rendszernek. Ennek megszűnte után Lengyelország, Csehország, Szlovákia, Magyarország és Németország keleti területe (volt NDK) nemzeti villamosenergiarendszerei a CENTREL nevű rendszerben egyesültek. A rendszer központja a Prágában található CDO (Central Dispatching Organisation). Nyugat-Ukrajna, Románia és Bulgária szintén egy rendszerben maradt. 4

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) Az európai országok nemzeti villamosenergia-rendszerei szintén részei egy egységes nemzetközi hálózatnak, az UCPTE 1 -nek (Union pour la coordination de la production et du transport de l'electricite). Magyarország villamosenergia-rendszere (MVER) 1996 óta az UCPTE rendszerrel párhuzamosan jár. A következőkben bemutatjuk azon egységeket, melyekből a villamosenergiarendszerek felépülnek. Ezek az egységeket többféle szempont alapján csoportosíthatjuk. Az első szempont a rendszerben ellátott feladat. E feladatok a következők lehetnek: energiafejlesztés, elosztás-szállítás, végső felhasználás. A következő pontban ezen szempontok alapján tovább vizsgáljuk a rendszer egyes elemeit. Energiafejlesztő egységek A rendszer energiafejlesztő elemei az erőművek. Az erőműveket az alábbi szempontok alapján csoportosíthatjuk: cél alapján: közcélú vagy ipari (nem közcélú); kooperáció alapján: kooperációba bevont vagy kooperációba nem bevont; kihasználás alapján: alap-, menetrendtartó- vagy csúcserőmű; felhasznált tüzelőanyag fajta alapján: szén, szénhidrogén vagy nukleáris, valamint a megújuló energiaforrásokat (napenergia, szélenergia, geotermikus energia, vízenergia stb.) hasznosító erőművek; kapcsolás alapján (a hagyományos hő- és atomerőművek): kondenzációs erőmű (KE), fűtőerőmű (FE) vagy fűtőmű (FM). A továbbiakban részletesen vizsgáljuk az egyes szempontok alapján történő besorolásokat, de ez előtt néhány alapvető, a továbbiakban gyakran használt fogalmat kell definiálnunk. Ezek a következők: Közcélú és nem közcélú erőművek Az adott erőművet közcélúnak tekintjük, ha feladata az adott ország, vagy egy régió ipari és kommunális fogyasztóinak ellátása. Az MVM Rt. erőművei közcélú erőművek. Az erőművet iparinak (saját célúnak) tekintjük, ha feladata elsődlegesen egy ipari üzem energiaigényeinek kielégítése. Az ipari erőműveket bevonhatják a közcélú villamosenergia-ellátásba (kooperáció). Kooperáló és nem kooperáló erőművek Az erőművet kooperálónak nevezzük ha része az országos (regionális) villamosenergia-rendszernek (villamosenergia-rendszerek egyesülésének), és ezen hálózaton együttműködik a többi erőművel. A kooperáló erőművek rendszerszintű irányítását, teherelosztását a közcélú erőműveket irányító diszpécserközpont végzi. Az erőművet nem kooperálónak nevezzük, ha nem része villamosenergia-rendszernek, feladata kizárólag egy adott ipari üzem energiaigényeinek kiszolgálása. Ilyenek például a nagyobb élelmiszeripari (cukorgyár), vegyipari, kohászati üzemeket ellátó kisebb erőművek. Ezek célja általában hőkiadás valamilyen formában e mellett fejlesztenek villamos energiát is. 1 1999 júliusától UCTE 5

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) Alap-, menetrendtartó- és csúcserőművek Az erőművet alaperőműnek nevezzük, ha csúcskihasználási időtartama (definícióját lásd az 1.2. alfejezetben) igen magas (évi 5500 óra felett), közel állandó teljesítményen üzemel. Az alaperőművek általában a korszerű, jó hatásfokkal és olcsó tüzelőanyaggal üzemelő, rendszerint új erőművek. (Magyarországon: Paksi Atomerőmű). A menetrendtartó erőművek követik a villamosenergia-igények változásait. Viszonylag rugalmasan és tág határok között képesek terhelésüket változtatni. Menetrendtartásra építhetünk új erőművet is, de rendszerint a régebbi alaperőművek válnak fokozatosan menetrendtartóvá. (Mátrai, Tiszai, Dunamenti erőművek.) A csúcserőművek csak a villamos csúcsfogyasztás időszakában üzemelnek. Csúcskihasználási óraszámuk 1500..2000 h/a alatt van. Erre a célra olcsó (alacsony beruházási költségű) erőműveket indokolt létesíteni, melyeknél drága tüzelőanyag és alacsony hatásfok is megengedhető. 1.1.2. A magyar villamosenergia-rendszer 1.1.2.1. Az erőműrendszer szervezeti felépítése A villamosenergia-fejlesztés feladatát hazánkban döntően a villamosenergia-rendszer közcélú erőművei látják el. Az erőművek részben nagyobb városok, valamint ipari központok közelében találhatók, melyek nagy része az 1950-1970-es években épült. Az 1 2. ábrán a különböző erőmű részvénytársaságok, valamint az erőművek elhelyezkedése látható. Több esetben az erőmű-bánya integráció keretén belül az erőművekhez csatolták a körzetben található energetikai célú szenet termelő bányákat is (pl. Pécsi Erőmű Rt., Vértesi Erőmű Rt.). Vértesi Erőmű Rt. Bánhida Dorog Oroszlány Bakonyi Tbánya Erőmű Rt. Inota Ajka Paksi Atomerőmű Rt. Pécsi Erőmű Rt. Mátrai Erőmű Rt. Budapesti Erőmű Rt. PowerGen Rt. Dunamenti Erőmű Rt. EMA Power Borsod Hernádvíz Kft. Tiszalök Tisza I. II. Tiszai Erőmű Rt. Kisköre Tiszavíz Vízerőmű Kft. szén szénhidrogén atom víz 1 2. ábra. A magyar villamosenergia-rendszer jelentősebb erőművei és erőműtársaságai (1998) 6

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) 1.1.2.2. A villamosenergia-fejlesztés primer energiahordozó felhasználása A villamosenergia-fejlesztés több fajta tüzelőanyag-bázison történik, így nagy szerepe van a szénnek, a kőolajszármazékoknak, valamint a Paksi Atomerőmű üzembe helyezése óta az atomenergiának. Az egységes villamosenergia-rendszer kialakulása óta azonban a primer-energiahordozó felhasználás összetétele folyamatos átalakulásban van. Az 1950-es években szinte a teljes villamosenergia-fejlesztés szénbázison történt. ezekben az években épült a Mátrai erőmű, az Inotai erőmű és a Borsodi Hőerőmű. A szénerőművek építése egészen az 1960-as évekig folytatódott, így épült a Pécsi Hőerőmű is. A szinte csak szénen alapuló villamosenergia-fejlesztés azzal magyarázható, hogy az akkori igények kielégítésére megfelelő mennyiségű szén bányászatára volt lehetőség. Változást az 1960-as évek közepe hozott, amikor üzembe helyezték az első hazai olajtüzelésű erőművet, a Dunamenti Erőművet Százhalombattán. Azonban ekkor is még tovább folyt a szenes erőművek bővítése. Az 1970-es években a villamosenergia-rendszer fejlesztésében továbbra is két forrás volt a meghatározó, a szén (lignit) és az olaj. Ekkor több nagy erőművi blokkot helyeztek üzembe a Dunamenti Erőműben a Tiszai Erőműben és a Mátrai Erőműben. A dinamikusan növekedő igények kielégítésére már elkezdődött a Paksi Atomerőmű építése is, melynek első blokkját 1982-ben kapcsolták párhuzamosan a hálózattal. A négy blokkot tartalmazó erőmű 1987 óta teljes kapacitással üzemel a villamos energia rendszerben. Az 1980-as években a földgáz háttérbe szorította az olajszármazékokat, mely folyamat jelenleg is tart. Az MVM Rt. primer energiahordozó felhasználását az 1 3. ábra mutatja. PJ/év 400 350 Szén Olaj Földgáz Nukleáris 300 250 200 150 100 50 0 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1 3. ábra. A villamosenergia-fejlesztés primer energiahordozó felhasználása 1.1.2.3. A jelenlegi erőműpark A jelenlegi erőműpark néhány nagyobb és több kisebb erőműből áll. A primer energiahordozó felhasználás alapján három nagy csoportot lehet megkülönböztetni, a szén- ill. olaj- vagy földgáztüzelésű erőműveket, valamint az atomerőművet. A közcélú erőművek főbb műszaki adatait az 1 1. táblázat tartalmazza. 7

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) A szénerőművek a rendszer legrégebben épült berendezései. Ez maga után vonja azt, hogy ezen erőművek az 1960-70-es évek technikai színvonalnak felelnek meg, így a körfolyamat kezdőjellemzői a jelenlegi értékekhez viszonyítva alacsonyak, ennélfogva nem érhető a mai kor műszaki színvonalának megfelelő hatásfok. További probléma ezen erőművek esetén, hogy nincsenek felszerelve, a porleválasztón kívül, semmilyen légköri szennyezőanyag kibocsátást csökkentő berendezésekkel, így magas a kén-dioxid és kén-trioxid, valamint a nitrogén-oxid kibocsátás. A magas kén-dioxid kibocsátáshoz hozzájárul a tüzelőanyag magas kéntartalma. Ezen erőművek a Bakonyi Erőmű Rt.- hez, a Vértesi Erőmű Rt.-hez, a Pécsi Erőmű Rt.-hez és a Mátrai Erőmű Rt.-hez tartozó erőművek valamint a Tiszai Erőmű Rt. több blokkja (Tisza I., Tiszapalkonya). Az olaj- és földgáztüzelésű erőmű a Dunamenti Erőmű Rt., a Budapesti Erőmű Rt. erőművei és a Tiszai Erőmű néhány blokkja (Tisza II.). A Dunamenti Erőmű Rt. blokkjainak nagy része már újabb konstrukció, azonban már ezek a műszaki konstrukciók is elavultak, hatásfokuk jobb, mint a szenes erőműveké, de itt is jelentős probléma a környezetszennyezés. Szintén problémát jelent olajszármazékok eltüzelése esetén a magas kén-dioxid, kén-trioxid, és nitrogén-oxid valamint nehézfém kibocsátás. Földgáztüzelés estén csak a nitrogén-oxid kibocsátás okoz gondot. Ugyanez mondható el a Tiszai Erőmű Rt. olaj ill. gáztüzelésű blokkjairól. A Budapesti Erőmű Rt. erőművei szintén régi konstrukciók, kedvezőtlen energetikai jellemzőkkel rendelkezők. Változást hozott és jelenleg is hoz, hogy a Dunamenti erőműben már üzemel, valamint építés alatt van egy modern jó hatásfokú és környezetkímélő gázturbinás kombinált ciklusú erőművi blokk (G1 ill. G2 blokk). Ugyan így a Budapesti Erőműhöz tartozó Kelenföldi Erőműben is felépült egy hasonló, gázturbinás kombinált ciklusú hőszolgáltató fűtőerőmű. A harmadik fő csoportba tartozik a Paksi Atomerőmű. Ezen erőmű esetén elmondható, hogy alacsony a hatásfok, azonban ez a mai modern nyomottvizes atomerőművek esetén sem sokkal magasabb. A legalacsonyabb üzemeltetési költség miatt ez az erőmű viszi a villamosenergia-fejlesztés alapját. Környezetvédelmi szempontok alapján sem mondható rossznak az erőmű, azonban meg kell oldani a kiégett fűtőelemek, valamint a kis és közepes aktivitású hulladékok tárolását. Jelenleg erre a célra a kiégett kazetták átmenti tárolója (KKÁT) szolgál. Összefoglalva elmondható, hogy a magyar erőműparkhoz tartozó erőművek nagy része rossz hatásfokú (gazdaságtalan), rosszul szabályozható, környezetszennyező. Több erőműből történik hőszolgáltatás is a lakosság, illetve ipari fogyasztók felé. Erre az üzletágra is igaz, hogy gazdaságtalan (ez a magas hőárakban jelenik meg) és környezetszennyező. 8

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) Erőmű 1 1. táblázat. Magyarország jelenlegi közcélú erőművei (1996) Kapacitás Energiaszolgáltatás Hatásfok Tüzelőanyag BT Vill. energia Hő Fajta MW GWh TJ % Dunamenti 1870 3935 7967 36,3 OG Paks 1840 13128 629 31,5 N Tisza 860 512 0 36,4 OG Mátra 800 3433 151 27,6 L Pécs 250 795 3389 29,4 HC Palkonya 250 807 2422 26,8 BC Oroszlány 235 1278 388 26,2 BC Borsod 171 507 3168 25,3 BC Inota GT 170 0,2 0 17,3 O Ajka 131 381 3361 25,9 BC Bánhida 100 567 105 29,2 BC Inota 92 92 680 16,8 BC Kelenföld 66 218 5715 74,0 OG Vízerőmű(8 db) 48 152 0 - V Tatabánya 32 99 1927 73,2 BC Kelenföld GT 32 0,05 0 7,5 O Kispest 24 130 2877 72,8 OG Kőbánya 22 96 2612 72,7 OG Dorog 12 12 972 67,4 BC Újpest 10 34 2634 76,8 OG Angyalföld 10 36 977 75,7 OG Nyíregyháza 8 12 2062 78,2 OG Sopron 8 15 554 44,2 O Győr 8 6 466 50,0 O Komló 6 14 524 58,4 O Salgótarján 3 3 615 44,1 O Szeged 1 2 258 63,5 G Székesfehérvár 1 5 996 51,6 O Debrecen 0 0 2518 - OG Révész utca 0 0 1495 - G Békéscsaba 0 0 175 - G Kecskemét 0 0 151 - G Lőrinci 0 0 81 - O Összesen 7060 28271 49870 31,5 Rövidítések: OG: olaj- és gáztüzelés, O: olajtüzelés, N: nukleáris, L: lignit, BC: barnaszén, HC: feketeszén, V: víz, G: földgáz. 1.1.2.4. Szállítás és elosztás A villamos energia elosztása és szállítása különböző feszültségszinteken megy végbe, ennek függvényében beszélhetünk: alap-, főelosztó (szabadvezetékes és kábeles), középfeszültségű és kisfeszültségű hálózatról (1 4. ábra). A következőkben sorra vesszük ezen hálózattípusok néhány jellemző tulajdonságát. Alaphálózat Alaphálózatnak tekintjük mindazon hálózatokat, illetve a hálózatok azon vezetékszakaszait, melyek a villamos energia rendszerben elsőrendűen: 9

A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER (VER) az alaperőműveknek az országon belüli vagy nemzetközi kooperációjára szolgálnak; az alaperőművekből vagy a nemzetközi kooperáció csomópontjaiból a villamos energiának a főelosztó hálózatok felé való átvitelére szolgálnak. A MVER-ben e hálózat része a 750 (nemzetközi kooperációs), 400 és 220 kv-os vezetékrendszer. Az alaphálózaton kooperálnak a MVER nagyerőművei (a beépített teljesítmény nagyobb, mint 100 MW). Sajóivánka Mátrai E. Borsodi E. Felsõzsolca Kisvárda Tiszalök Tiszapalkonyai E. 120 kv Hévíz Győr Ajkai E. Toponár Bánhidai E. Oroszlányi E. Albertfalva Litér Inotai E. Dunam. E. Martonvásár Paksi A. Göd Soroksár Zugló Albertirsa Dunaújváros Sándorfalva Detk Tisza II. E. Sajószöged Debrecen Szolnok Békéscsaba Szeged 220 kv Alállomás Erőmű 120 kv-on kooperáló erőmű Épülő vezeték Kétrendszerű vezeték 750 kv 400 kv 220 kv 120 kv Főelosztó hálózat, elosztóhálózat 1 4. ábra. A VER kooperációs alaphálózata Főelosztó hálózat a 120 kv-os szabadvezetékes, a 120 és 35 kv-os kábeles hálózat. A főelosztó hálózaton keresztül kooperálnak a kisebb (100 MW alatti beépített teljesítményű) és a nem közcélú erőművek. Elosztóhálózat a 20 (35) kv-os szabadvezetékes és a 10 ill. 20 kv-os kábeles hálózat. Az elosztóhálózat 35, 20 és 10 kv-os részeit összefoglalóan középfeszültségű hálózatnak nevezzük. Kisfeszültségű hálózat A kisfeszültségű hálózat a villamos energiának a lakossági (kis-) fogyasztókhoz való továbbítására szolgál. Feszültségszintje: 0,4 kv (380 V). Állomás, alállomás A villamosenergia-rendszer igen fontos egységei az állomások és alállomások. Az állomáson csak a villamos energia áramlás iránya változik meg (csatlakozások, leágazások). Az alállomáson az áramlási irányon kívül megváltozik a villamosenergiatovábbítás feszültségszintje is. 1.1.2.5. Teherelosztás, koordináció A magyar energiarendszerben a teherelosztók többszintű megosztásban végzik feladatukat (1 5. ábra). A teherelosztás célja a mindenkor elérhető legkisebb önköltség, figyelemmel a korlátozó és határfeltételekre. Az MVM Rt. Országos 10

VILLAMOSENERGIA-IGÉNYEK Villamos Teherelosztójának közvetlen irányítása alá tartoznak a nagyerőművek, az alaphálózat és alaphálózati alállomások, a körzeti teherelosztók és a villamos energia külkereskedelme. Az Áramszolgáltató Részvénytársaságoknál (ÁSZ Rt.) működő körzeti alteherelosztó vagy körzeti diszpécser szolgálatok (KDSZ) a főelosztó hálózat, valamint az elosztóhálózat kiemelt vezetékeinek és az erre a hálózatra dolgozó erőművek üzemirányítását végzik. Az elosztóhálózatok működésének irányítását az üzemirányító központok (ÜIK) látják el. Így áll össze egységes egésszé a villamos energia fejlesztése és elosztása Magyarországon. KOOPERÁLÓ VER-EK NEMZETI TEHERELOSZTÓI OVT NEMZETKÖZI TEHERELOSZTÓ CDO NAGYERŐMŰVEK KDSZ-ok NEMZETKÖZI KOOPERÁCIÓ+ ALAPHÁLÓZAT KISERŐMŰVEK ÜIK-ok FŐELOSZTÓ- HÁLÓZAT NAGYFOGYASZTÓK KÖZÉPFESZ. HÁLÓZAT KISFOGYASZTÓK 1 5. ábra. A VER operatív üzemirányítási rendszerének elvi sémája 1.2. Villamosenergia-igények Mivel a villamos energia csak igen korlátozott mértékben tárolható, ezért az energiafejlesztésnek és a fogyasztásnak mindenkor egyensúlyban kell lennie. Mind a teljesítmény többlet, mind a teljesítmény hiány káros hatással van a villamosenergiarendszerben lévő berendezésekre. (Lásd részletesen: 1.4. alfejezet) A fogyasztói igények változását az ún. terhelési diagramokon szemléltethetjük. Ezek a diagramok mindig valamilyen időszak (nap, hét, hónap, év) alatt igényelt teljesítményeket mutatják. Ezek az igények idényfüggők (jellemzően időjárás). Az 1 6. ábrán egy jellemző téli és egy nyári nap terhelési görbéje látható. A függőleges tengely az igényelt villamos teljesítményt (MW), míg a vízszintes tengely az időpontot mutatja (óra). A csúcsterhelések maximumát éves szinten az 1 7. ábra mutatja. A függőleges tengelyen az igényelt csúcsteljesítmény (MW), a vízszintes tengelyen az idő (hónap) található. A különböző időszakok terhelési viszonyait az ún. teljesítmény-tartamdiagramok vagy röviden tartamdiagramok szemléltetik, melyek a terhelés alakulását az időtartam (τ) függvényében mutatják. A tartamdiagramban az egyes időtartamokhoz tartozó villamos terhelések azt mutatják, hogy a τ időtartam alatt legalább P vagy ennél 11

VILLAMOSENERGIA-IGÉNYEK nagyobb villamos teljesítmény igény fordult elő. Az 1 8. ábrán láthatjuk, hogyan kell a napi terhelési diagramból a napi tartamdiagramot megszerkeszteni. Hasonlóképpen kell eljárni az éves tartamdiagram készítésénél. 6000 Nyári nap 6000 Téli nap 4000 4000 2000 2000 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 1 6. ábra. Villamosenergia-rendszer napi terhelési diagramja 6000 4000 J F M Á M J J A S O N D 1 7. ábra. A csúcsterhelések napi maximumai éves szinten 12

VILLAMOSENERGIA-IGÉNYEK 6000 P cs τ 1 τ 2 τ 1 +τ 2 4000 P min 2000 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 idő időtartam 1 8. ábra. Tartamdiagram és szerkesztése terhelési diagram alapján A terhelési és tartamdiagram alatti terület mindkét esetben az adott időszak alatt igényelt villamos energiával egyenlő, azaz tn τn d, (1.1) E = P( t) dt = P( τ) τ 0 0 ahol τ =24 h/d = 86400 s/d. n A tartamdiagram tetszés szerinti időszakra könnyen értelmezhető. Gyakorlatban az évi tartamdiagram (1 9. ábra) használata indokolt, mivel a villamosenergiafejlesztésben is egy év a jellegzetes időciklus ( τ a =8760 h/a). E diagram segítségével értelmezhetjük az alap-, menetrendtartó- és csúcserőművek definícióit. (Részletesen lásd az 1.1.1. szakaszban) Az évi tartamdiagram alapján a fogyasztói igények kihasználására jellemző fogalmakat definiálhatunk. Az évi csúcskihasználási időtartam ( τ cs ) azt az időtartamot jelenti, amely alatt a fogyasztók az E évi villamos energiát állandó P cs csúcsterhelés mellett igényelnék, azaz E = P csτcs. Hasonlóképp értelmezzük a beépített teljesítményre (definícióját lásd az 1.3. alfejezetben) vonatkozó kihasználási időtartamot ( τ BT ). Ha pedig az évi csúcskihasználási időtartamot az év időtartamára vonatkoztatjuk, akkor az évi csúcskihasználási tényezőt τcs ν cs = < 1 τ a (1.2) kapjuk. A csúcskihasználási időtartam és tényező természetesen egy-egy napra is értelmezhető. A nemzetközi szakirodalomban a csúcskihasználási tényező load-factor néven fordul elő. Az 1 9. ábrán egy erőmű évi tartamdiagramja látható, melyen feltüntettük az előzőekben definiált időtartamokat, valamint a kihasználás alapján történő besorolását. 13

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG P P BT P cs csúcserőművek menetrendtartóerőművek alaperőművek τ BT τ cs τ 1 9. ábra. Erőmű évi tartamdiagramja 1.3. A teljesítőképesség mérleg Minden erőműrendszer feladata, hogy a fogyasztói igényeket maradéktalanul, a megfelelő minőségű villamos energiával kielégítse. Ennek érdekében a rendszer erőműveibe beépített kapacitás minden esetben több mint a fogyasztói igények csúcsértéke. Az előző alfejezetben megismertük a fogyasztói igények változását leíró terhelési és tartamdiagramot. E diagramok ismeretében statisztikai módszerekkel a várható igényalakulás 1..2 %-os pontossággal előre megbecsülhető és ez alapján az erőművek menetrendje összeállítható. A menetrend tervezéséhez szükségünk van az erőműrendszer teljesítőképesség mérlegének ismeretére, melyet előtervezési teljesítőképesség mérlegnek nevezünk. Természetesen a tény adatokat is feldolgozhatjuk és szemléltethetjük a teljesítőképesség mérleggel, melyek összevetéséből különféle következtetéseket vonhatunk le. A fogyasztói csúcsterhelés és az erőművek beépített teljesítőképessége közötti különbséget különféle hiányok, nemzetközi kereskedelem, karbantartás miatt lekötött teljesítmények, kiesések, üzemi tartalékok és az önfogyasztás foglalja le. A következőkben először előtervezési szinten, majd tény adatokra támaszkodva részletesen bemutatjuk a teljesítőképesség mérleg felépítését. 1.3.1. Előtervezési teljesítőképesség mérleg A teljesítménymérleg fogalmainak tárgyalásához induljunk ki az 1 10. ábra szerinti éves teljesítőképesség-diagramból. Az erőműrendszer teljesítőképességét a beépített teljesítőképesség jellemzi. Az erőműben beépített gépegységek generátorkapcsokra vonatkoztatott, a garancialevélben előírt feltételek mellett szavatolt 14

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG névleges teljesítőképessége MW-ban. Gépegységen az összekapcsolt turbinát és generátort értjük. ahol P BT P BT,i n = P i= 1 BT, i (1.3) az i-ik generátor névleges teljesítménye, n agépegységekk száma. Az UCTE rendszerben ide sorolják a háziüzemi generátorokat is. A névleges teljesítőképesség a gépek és berendezések kötlevelében, illetve adattábláján feltüntetett maximális állandó, hatásos teljesítmény, illetve látszólagos teljesítmény, amelyre azokat méretezték, gyártották. A beépített teljesítőképesség meglévő erőműnél csak bővítés, rekonstrukció vagy leszerelés alkalmával változhat. A kísérleti üzem alatti tényleges teljesítőképességet a teljesítőképesség mérleg csak mint időszakos többlet teljesítményt tartalmazza. A kísérleti üzem az első párhuzamos kapcsolástól a tényleges bejáratási próba kezdetének időpontjáig tart. Állandó jellegű teljesítőképesség hiányok és többletek eredője (ÁH) A névleges paraméterek, illetőleg a tervezett üzemi körülmények megváltozása esetén a BT-től tartósan fennálló vagy fenntartható teljesítmény eltérés. Állandó hiány- vagy többletként csak olyan teljesítmény szerepeltethető, amely legalább 12 hónapon keresztül állandó értékű és csak a rendszerirányítóval való előzetes megállapodás alapján változhat. Állandó jellegű hiány vagy többlet alatt kell érteni: A tartósan leállított berendezések teljesítményét. Az állandó jellegű gőzhiányt (amikor is a turbinák gőznyelése nagyobb, mint a kazánok gőzfejlesztő kapacitása). A hőszolgáltatás miatti hiányt (amennyiben a hőfogyasztók igénye tartósan nem teszi lehetővé a hőszolgáltató turbinák névleges teljesítményen történő üzemeltetését). A főberendezések (kazán, turbina, generátor stb.) tartós meghibásodása miatti kieséseket. A hűtési elégtelenségek miatti tartós teljesítmény hiányt. Vízerőművek esetében a tartós vízhiány okozta teljesítmény csökkenést. A tüzelőanyag minőségének a tervezettől való eltérését. A tartósan fenntartható túlterhelés miatti teljesítőképesség növekedést stb. Tartósan megengedhető túlterhelés alatt azt a teljesítőképesség-növekedést értjük, mely a névleges teljesítőképességhez képest a főberendezések fokozott igénybevétele vagy a tervezettől eltérő üzemmód alkalmazása révén, a berendezések károsodása nélkül, naptári naponként legalább négy órán keresztül folyamatosan elérhető. Ha a beépített teljesítőképességből levonjuk az állandó jellegű teljesítőképesség hiányok, ill. többletek összegét értékét, akkor a rendelkezésre álló beépített teljesítőképesség értékét kapjuk, amit rendelkezésre álló állandó teljesítőképességnek is neveznek: PRBT = PRTA = PBT PÁH. (1.4) 15

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG E definíció alapján a teljesítőképesség hiányokat pozitív, a többletet negatív előjellel kell az összegzés során figyelembe venni. Változó jellegű teljesítőképesség hiányok és többletek eredője (VH) A változó jellegű teljesítőképesség hiányok és többletek alapvetően két csoportra oszthatók, nevezetesen a hőszolgáltatással kapcsolatban bekövetkező, valamint időjárási okok kiváltotta teljesítőképesség változásokra. Hőszolgáltatás miatti változó teljesítőképesség hiány (HH) A villamosenergia-fejlesztésen kívül hőszolgáltatást is folytató erőmű változó nagyságú teljesítőképesség-csökkenése a hőigények kielégítésének kötelezettségéből adódik. Általában az alábbi két eset vagy ezek kombinációja lehetséges: Ha egy erőmű a hőszolgáltató gépegységeit (ellennyomású turbina, elvételes ellennyomású turbina, fűtőturbina, elvételes kondenzációs turbina stb.) hőfogyasztói igény hiányában nem tudja kiterhelni, akkor annál hőszolgáltatás miatti hiány keletkezik. Kondenzációs turbinákkal is rendelkező erőművek esetében a kazánkapacitás kihasználása terén elsőbbséget élveznek a hőszolgáltató turbinák, illetve a gőzszolgáltatás. A hőigények kielégítése után a fennmaradó kazánkapacitás nem minden esetben elegendő a meglévő kondenzációs turbinák üzemeltetéséhez, és így hőszolgáltatás miatti hiány keletkezik. Időjárás miatti változó teljesítőképesség hiány vagy többlet (IH) A főberendezések villamos teljesítőképességének a meteorológiai viszonyok hatására bekövetkező időleges változása. Időjárás miatti hiányok és többletek a következő esetekben fordulhatnak elő: kondenzációs gőzturbináknál a hűtővíz nyári meleg okozta magas hőmérséklete miatti teljesítőképesség csökkenést okozó kondenzátor hőmérséklet korlát, kondenzációs gőzturbináknál a hűtővíz téli hideg okozta, a névleges tervezési értéknél alacsonyabb hőmérséklete miatt (a teljesítőképesség növekedésnek a turbina kilépési paraméterei határvákuum jelentenek korlátot), gázturbináknál a beszívott levegő hőmérséklete, illetve a légköri levegő nyomása miatt teljesítmény csökkenés (nyáron), illetve teljesítmény többlet (télen) léphet fel, részleges hűtővíz hiány, vízerőműveknél a vízjárás miatti teljesítőképesség csökkenés. A fenti két csoportba sorolt változó teljesítőképesség hiányok és többletek eredőjét összefoglalóan változó hiánynak nevezzük és az PVH = PHH + PIH összefüggéssel számítjuk ki. Ez az érték pozitív ha hiányról, negatív, ha többletről van szó. A rendelkezésre álló beépített teljesítőképesség értékéből levonva a változó hiány értékét, a rendelkezésre álló teljesítőképességet kapjuk, amit rendelkezésre álló változó teljesítőképességnek is neveznek: PRT = PRTV = PRBT PVH. (1.5) 16

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG A biztonságos energiaellátás és a váratlan üzemzavarok elkerülése érdekében az erőművi fő- és segédberendezéseket tervszerűen karban kell tartani, mely jelentős teljesítőképesség lekötéssel jár. Az együttműködő rendszerben sok erőmű üzemel egymással párhuzamosan, ezért az egyes fő- és segédberendezések karbantartásait ütemezni kell, nagyobb arányú karbantartást célszerű a nyári időszakban elvégezni, amikor a fogyasztói igények is alacsonyabbak. Ha a rendelkezésre álló teljesítőképességből levonjuk a karbantartásra kivett egységek teljesítményét, akkor az igénybevehető teljesítőképességet kapjuk: PIT = PRT PTMK 2. (1.6) Egy erőmű (erőműrendszer) üzeme során minden esetben számolni kell olyan helyzetekkel, üzemzavarokkal, melyek következtében bizonyos teljesítőképesség váratlanul kiesik, továbbá számolni kell azzal is, hogy a fogyasztói csúcsigények nem a várakozásoknak megfelelően alakulnak és a környezeti hatások okozta változó hiányok sem tervezhetők pontosan. A fogyasztói igényeket tehát csak abban az esetben tudjuk teljes biztonsággal kielégíteni, ha az előre nem tervezhető teljesítőképesség hiányok helyettesítésére megfelelő mennyiségű üzemi tartalék áll rendelkezésre, azaz az erőműrendszer üzembiztosan igénybevehető teljesítőképessége az igénybevehető teljesítőképesség üzemi tartalékkal csökkentett értéke: P = P P ÜIT IT ÜT. (1.7) P RBT BT P ÁH P BT P VH P RBT TMK IT ÜIT ÜIT,ki P TMK P ÜT P ε P RT P IT P ÜIT P ÜIT,ki J F M Á M J J A S O N D idő, hó 1 10. ábra. Az erőműrendszer előretervezett teljesítménymérlegének alakulása 2 TMK: Tervszerű Megelőző Karbantartás 17

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG Az üzembiztosan igénybevehető teljesítőképesség nem áll maradéktalanul a fogyasztók rendelkezésére, mivel az erőműveknek önfogyasztásuk is van (tüzelőanyag előkészítés, égési levegő és füstgáz ventilátorok hajtása, táp- és hűtővíz-szivattyúk hajtása stb.). Ha az üzembiztosan igénybevehető teljesítőképesség értékéből levonjuk az önfogyasztás által lekötött teljesítőképességet, akkor az üzembiztosan kiadható teljesítőképesség értékét kapjuk P ÜIT,ki = P P P ÜIT ε, (1.8) melynek értéke ideális tervezés esetében megegyezik az erőművi transzformátorok szekunder kapcsain jelentkező fogyasztói csúcsteljesítménnyel: P ÜIT,ki = cs. (1.9) Az előzőekben már szót ejtettünk a biztonságos energiaellátást szolgáló tartalékokról. A gyakorlatban e tartalékoknak nem a tényleges értékét adják meg, hanem ún. tartaléktényezőkkel jellemzik. E tényezők a következők: a karbantartási tartaléktényező: r TMK PRT = > 1, (1.10) P IT az üzemi tartaléktényező: r ü PIT = > 1. (1.11) P ÜIT E kettő felhasználásával a teljes tartaléktényező: r = rtmk rü > 1. (1.12) Az önfogyasztás is megadható viszonyszámként, mégpedig a következő, önfogyasztási tényezővel 3 : P P ε ÜIT PÜIT,ki ε = = < 1. (1.13) P P ÜIT,ki ÜIT,ki Ha bizonyos elhanyagolásokkal élünk, tehát feltételezzük, hogy a rendszerben az állandó és a változó hiány értéke nulla, azaz a rendelkezésre álló teljesítőképesség azonos a beépített teljesítőképességgel, valamint az üzembiztosan kiadható teljesítmény azonos a fogyasztói csúcsigénnyel, akkor felírhatjuk, hogy P cs PBT = r ( 1 + ε ), (1.14) azaz a beépített teljesítőképesség és a fogyasztói csúcsteljesítmény közötti kapcsolat a tartaléktényező és az önfogyasztási tényező segítségével felírható. 3 A gyakorlatban a relatív önfogyasztást inkább az üzembiztosan igénybevehető teljesítőképességre vonatkoztatva adják meg. 18

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG 1.3.2. A tényleges teljesítménymérleg A valóságban az előretervezett teljesítményviszonyokhoz szükségszerűen eltérések fognak társulni, mely eltéréseket az üzemi tartalékok tervezésénél figyelembe kell venni. A tervezési és a tény adatok közötti különbségek a következők lehetnek (lásd az 1 11. ábrát): a fogyasztói csúcsigény nem a várakozásoknak megfelelően alakul: P = P P cs ÜIT,ki cs, (1.15) az önfogyasztás is eltérhet a tervezettől: tény ε ε ε P = P P, (1.16) a karbantartásra lekötött teljesítmény is változhat a tervekhez képest: tény TMK TMK TMK P = P P, (1.17) a változó hiányt befolyásolhatják előre nem tervezhető okok: tény VH VH VH P = P P, (1.18) A fentebb definiált teljesítőképesség eltérések hátterében az alábbi okok húzodhatnak meg: hőszolgáltatási csúcsrajáratás, rövid ideig tartó túlterhelés, rekonstrukción lévő berendezések üzemi próba alatti rendelkezésreállása, ill. időszakos beindítása és hálózatra kapcsolása tervezettől eltérő, az ÁH-ban elvileg szerepeltetendő tervezett vagy nem tartós túlterhelés, atomerőmű átrakás előtti, kampány nyújtása miatti kényszerű visszaterhelése, a tervezettől eltérő minőségű tüzelőanyag miatti fokozottabb salakosodás okozta teljesítőképesség csökkenése, önfogyasztás tüzelőanyag váltás miatti változása stb. Az egyes erőművekben előfordulhatnak előre nem látható meghibásodások és egyéb üzemzavarok, melyek kényszerű (váratlan) teljesítőképesség kiesésekhez vezethetnek: P KK. A fenti teljesítőképesség eltérések és a kényszerű kiesések előjelhelyes összege megadja, hogy a rendszerben milyen nagyságú többlet vagy hiány adódik. Mivel ezek az események általában csökkentik a teljesítőképességet, ezért a változó hiány analógiájára bevezetjük a terven felüli hiány fogalmát, melyet az PTFH = Pcs + Pε + PTMK + PVH + PKK összefüggéssel határozunk meg. (1.19) Előtervezésnél a különböző okok miatt fellépő, teljesítőképesség csökkenéseket értékét csak becsült középértékükkel, azaz várható értékükkel vehetjük figyelembe. A 19

A TELJESÍTŐKÉPESSÉG MÉRLEG kényszerű kiesések várható értéke ( P KK ) statisztikai módszerekkel meghatározható. Ha az igénybevehető teljesítőképesség értékéből ezt levonjuk, akkor ténylegesen igénybevehető teljesítőképesség várható értékéhez jutunk: TIT tény IT P = P P, (1.20) KK tény mely összefüggésben P IT az igénybevehető teljesítőképesség értéke a tényleges üzemi állapotban. A ténylegesen kiadható teljesítmény értéke: tény TIT,ki = TIT ε P P P, (1.21) ami általában nem egyezik meg a fogyasztói csúcsigénnyel, a kettő különbsége az operatív üzemi tartalék: OÜT tény cs P = P P TIT,ki. (1.22) P RBT BT P ÁH P BT TMK P VH tény P VH tény P RT tény P IT P RBT P KK tény P TIT P ÜT P TIT, ki tény P TMK tény P ε tény P csúcs P csúcs J F M Á M J J A S O N D idő, hó 1 11. ábra. Az erőműrendszer tényleges teljesítménymérlegének alakulása A terven felüli hiány értéke kedvezőtlen esetben olyan nagy is lehet, hogy a tervezett üzemi tartalék értéke már nem elegendő a fogyasztói igények kielégítésére, ebben az esetben fogyasztói korlátozást kell életbe léptetni. Szerencsére ma már az együttműködő nemzetközi energiarendszerekben ez csak nagyon kis valószínűséggel fordulhat elő. 20