Rendszerek energiaellátása 2. előadás Erőművek A hőerőművek főbb üzemi jellemzői és főberendezései Fő technológiai folyamatok Kiegészítő folyamatok Fő technológiai folyamatok A tüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hőenergiává (elégetési folyamat) A hőenergia átadása a közvetítőközegnek A közvetítőközeg hőenergiájának átalakítása mechanikai energiává A mechanikai energia átalakítása villamos energiává Kiegészítő folyamatok a tüzelőanyaggal kapcsolatosak (a tüzelőanyag beérkezése, tárolása) a hűtővízzel kapcsolatosak (a víz kinyerése és bevezetése az erőműbe, visszahűtése vagy visszavezetése); a pótvízzel kapcsolatosak (szűrés, vegyi előkészítés, bevitel a fő technológiai folyamatba)

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Gőzturbinás erőművek kazán gőzturbina villamos generátor „T” táptartály „T” turbina „T” transzformátor Hatásfoka alacsony! A kondenzációs erőmű egyszerű blokkvázlata

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Gázturbinás erőművek Egyszerű nyitott rendszerű A gázturbinás erőművek tüzelőanyaga elsősorban olaj vagy földgáz. A közvetítő közeg vízgőz helyett maga az égéstermék, a füstgáz. A gázturbinás erőmű előnyei: gyors üzemkészség a berendezés és a kezelés egyszerűsége a hűtővíz-ellátástól való teljes, vagy részleges függetlenség A nagyobb egységteljesítményű gázturbinás erőműveket csúcserőműként alkalmazzák. Az együttműködő villamosenergia-rendszerben gyorsan indítható hideg tartalékként alkalmazzák.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Hőerőművek főbb elemei A kazán Lisztnél finomabb szénpor 300 °C hőmérsékletű levegő Égéstérben kb. 1200 °C A túlhevített gőz,100 bar nyomású, és 540°C-os. A következő típusú kazánok különböztethetők meg a) az előállított gőz nyomása alapján – szubkritikus (p1<pkr = 222,1 bar) és – szuperkritikus (p1>pkr); b) míg az elgőzölgő víz áramlása alapján – cirkulációs (természetes és kényszer- vagy szivattyús) – kényszerátáramlású.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás c) Szerkezetük szerint - Tűzcsöves kazánok. Itt hőforrás a csőben foglal helyet és a melegítendő víz, van kívül. - Vízcsöves kazánok. A hőforrás a csöveken kívül, a víz a csövekben van. A nagy erőműi kazánok mind ilyen felépítésűek. - Kezdetleges, gazdaságtalan típus, ahol egyetlen nyomástartó edény van, az edény egyik oldalát fűti a tűz. Ezt ma már gőzfejlesztésre nem használják Elektrosztatikus pernye leválasztó (elektrofilter) A pernye leválasztás hatásfoka 99 %! A pernye egy részét felhasználják a cementgyártásnál, a megmaradt salakot és pernyét zagytárolókban helyeik el.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Zsákos szűrők Ellenáramú tisztító levegő. Csoportokba foglalt berendezések. A tisztításhoz ki kell kapcsolni. A zsákok áramlási ellenállása vezérli a tisztítási folyamatot. A füstgázok lehetnek Szén-dioxid > Üvegházhatás Kén-dioxid > Savas esők (kénes sav és kénsav) Nitrogén-oxidok > Salétromsavat (1000°C felett)

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Kondenzációs berendezés A turbinában expandálódott, további munkavégzésre alkalmatlan gőz kondenzációja (folyadékfázisú vízzé alakítása) A tüzelőanyaggal bevitt hőtelj. 50-65 %-át) el kell vonni. Nagy mennyiségű hűtőközeget kell áramoltatni. A hűtőközeg alapján lehet: - frissvíz-hűtésű (folyó, tó, tenger), - léghűtésű hűtőtornyos (nedves és száraz) erőmű. hűtővíz felmelegedése nem haladja meg a 8- 10°C-ot hőerőműveinkből kikerülő csóva 80- 100 km hossz után megszűnik.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Atomerőművek Az atomerőművek a bomlási (hasadási) magreakció fisszió energiájával fűtött hőerőművek. A hagyományos hőerőművek kazánjában lezajló égés helyett, a reaktorban lezajló folyamatok termelik az energiát, amellyel a vizet gőzzé alakítják, s a gőz (hasonlóan, mint a hőerőművekben) a turbógenerátorokat meghajtva villamos energiát termel. 235-ös uránizotóp hasadásának energiáját hasznosítják. Ma az erőművek fűtőanyaga urán-dioxid, vagy urán-karbid pasztillák formájában kerül a reaktorba. A pasztillákat speciális cirkónium-ón-krómnikkel-vas ötvözetekből készült csövekbe töltik, A maghasadási láncreakció szabályozásához szükség van neutronelnyelő anyagra. Ez általában a kadmium és a bór, ezekből szabályzó rudak készülnek, A láncreakció kiváltására és fenntartására csak a kis energiájú ún. termikus neutronok alkalmasak, viszont a folyamat, a hasadások nagy energiájú gyors neutronokat szolgáltatnak, tehát a gyors neutronokat termikus sebességre kell lefékezni. Ezt valósítja meg a moderátor (lassító közeg), ilyenek pl. víz, a nehézvíz és a grafit.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Reaktor típusok Csatorna típusú reaktor A grafitmoderátorokon keresztül csatornák futnak, melyekben a nagynyomású hűtővíz kering. A vízvezeték csövek, és a grafit mag közötti rész erősen dúsított uránnal van feltöltve. Nyomottvizes reaktor (PWR) A nyomottvizes reaktorban a víz moderátor és hűtőközeg egyaránt. 1000 MW és ennél nagyobb villamos teljesítmény is lehet. TkI =300…320°C hűtőközeg nyomása pr =120…160bar. kilépő forró víz a gőzfejlesztőben csak p1 = 40…70 bar

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Forralóvizes reaktor (BWR) A forralóvizes reaktorban a víz közvetlenül a tartályban forr, a keletkezett gőz egyenesen a turbinákra áramlik, majd a kondenzátorból kikerülő vizet a tápszivattyú visszajuttatja a reaktorba. Az elgőzölgés hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás, szokásos értéke 60…70 bar. A forralóvizes atomreaktorok lehetnek továbbá egy és kétkörösek aszerint, hogy hány hőcserélőn át történik a hőátadás.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Szaporító reaktorok Az atomreaktorok második generációjába az ún. szaporító reaktorok tartoznak. (Az első generációs reaktorok dúsított urán 235-tel, vagy plutónium 239-cel működnek) A szaporító reaktorok működése azon alapszik, hogy nem a természetes uránba csak igen kis százalékban (0,7%) előforduló 235-ös uránizotópot használják, hanem a mesterségesen előállított hasadó izotópokat. A cél az, hogy a szaporító reaktorokban több plutónium képződjék, mint amennyi az elhasználódott urán. Azt az időtartamot mely alatt a reaktor a kezdeti fűtőanyag-mennyiséget megduplázza kétszerezési időnek nevezzük. Moderátorközeg hiányában a neutronok könnyen „megszökhetnének”, ezt azzal akadályozzák meg, hogy az urán 238-as izotópot ún. tenyészköpenyként (szaporító zóna) a reaktor magja köré építik.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás HTGR (High-Temperature, Gas cooled Reactor) – reaktorok. A gázhűtésű reaktorok harmadik generációja olyan magas hőmérsékletű reaktorok amelyek hűtőközege alkalmas: - Közvetlenül gázturbinába való vezetésre Technológiai folyamatok, pl. szénelgázosítás magas hőmérsékletű hőigényének fedezésére. A nagyhőmérsékletű gázhűtésű reaktoroknál a fémes szerkezeti anyagokat el kell hagyni, szerkezeti anyagként (az üzemanyag burkolataként) megfelelő tömörségű grafitot alkalmaznak. Az üzemanyagelem felépítése, a rúd alakú üzemanyagelemek helyett pl. mintegy 6 cm átmérőjű üzemanyag golyók. A hűtőközege pedig hélium.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Golyós reaktor A golyós reaktorok fűtőelemei 10 mm falvastagságú, 60 mm átmérőjű grafitgolyók, amelyek 0,5 mm átmérőjű apró urán-karbid golyócskákkal vannak megtöltve, tehát egy ilyen nagy golyó a fűtőelemet és a moderátorközeget egyaránt tartalmazza. Üzemelés közben a reaktorban több tízezer ilyen golyó van. A hűtőközeg hélium, melynek előnyös tulajdonsága, hogy nem válik radioaktivvá. A golyós reaktorban a golyók egy lassú körfolyamatban vesznek részt, a tartály alján elhagyják a reaktort, s automatikusan egy osztályozóba kerülnek, ahonnét a még üzemképes golyók visszakerülnek a reaktorba, s így a más típusoknál hosszú állásidőt jelentő üzemanyagcserék elmaradnak. A golyós reaktornak további előnye, hogy a hagyományos típusúaknál magasabb (800-900C) hőmérséklet állatható elő bennük, valamint az, hogy miután egy-egy golyó három-hat alkalommal megy végig a reaktoron, ez a többi típusnál jobb kiégési szintet tesz lehetővé.

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Vízierőművek Előnyei: - Olcsó villamosenergia-előállítás, nincs szükség energiabefektetésre, az üzemeltetéshez kislétszámú személyzet is elegendő - A duzzasztást kihasználhatja a mezőgazdaság - A hajózási feltételek javulhatnak - A duzzasztógátak sok esetben kis ráfordítással közúti hídként is szolgálhat - Gyors indíthatóság Hátrányai: - Gátszakadás esetén nagy árhullám alakulhat ki - A duzzasztás hatására a vízszintemelkedés megváltoztatja a már kialakult talajvízszintet, ez károsan hat a környezetre és a már megépült létesítményekre - A szennyvízelvezetést folyamatosan üzemelő szivattyúkkal kell megoldani a környező településeken - A csúcsrajáratásnál jelentkező állandó vízszintingadozás tönkreteszi a partot - A zsilipelés miatt drágább és lassúbb lesz a hajózás

Rendszerek energiaellátása 2. előadás Vízierőművek osztályozása A hasznosítható esés szerint Kis esésű vízierőmű Esés:<15m, Vízhozam: nagy. Teljesítmény kihasználás > 50%) Közepes esésű vízierőmű Esés: 15-50 m, Vízhozam: közepes-nagy. Teljesítmény kihasználás (30-50%) Nagy esésű vízierőmű Esés: 50-2000m. Vízhozam: kicsi. Teljesítmény kihasználás > 30% Beépítés szerint Folyóvizes erőmű Tározós erőmű (csúcserőmű) - Szivattyús-tározós erőmű - Földalatti erőmű. Üzemvíz csatorna gépház a föld alatt Árapály erőmű Hullámerőmű Tengeráramlat erőmű - Ozmózis erőmű

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!