Kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés 7. témakör Kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés

Tartalom Gőz munkaközegű fűtőerőművek Gázturbinás kombinációk. Gázmotoros kombinációk. A közvetlen és kapcsolt energiatermelés összehasonlítása. Hőszivattyús hőtermelés.

A kapcsolt energiatermelés folyamata

Fűtőerőművek típusai Gőz munkaközegű (hulladékhő a kondenzátorból kilépő gőzben): ellennyomású, elvételes kondenzációs, kondenzációs (részleges és teljes hőkiadással). Gázturbinás kombinációk (hulladékhő a gázturbinából kilépő füstgázban) forróvízkazán, gőzkazán, ellennyomású gőzturbina, elvételes kondenzációs gőzturbina. Gázmotoros kombináció (hulladékhő a gázmotorból kilépő füstgázban, kenőolajban és hűtővízben). Hőszivattyús hőtermelés (hulladékhő felhasználás).

1.1. Ellennyomású gőzerőmű

Hőkörfolyamat

1.1.1. Fő berendezések és folyamatok Gőzkazán (GK, 3o-1): ua., mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek, de p1<pkr (szubkritikus). Gőzturbina (GT): ua, mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek, de kisebb turbina teljesítménnyel: Mer a körfolyamat Carnot hatásfoka

Fő berendezések és folyamatok Az ellennyomás termodinamikai átlaghőmérsékletét ( ) a visszatérő fűtési forróvíz (tv=36-70 oC) hőmérséklete határozza meg, míg a kondenzációét ( ) a környezeti hűtővíz (10-25 oC), vagy levegő (5-35 oC) hőmérséklete. Ennek következtében Generátor, transzformátor: ua., mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőműveknél:

Fő berendezések és folyamatok Fűtőkondenzátorok (FK): A gőzturbinában munkát végzett, további munkavégzésre alkalmatlan vízgőz cseppfolyósítása (kondenzálása), s e hő hasznosítása távfűtésre a forróvizes távhőrendszerben. Fűtési hőteljesítmény (ηmQ≈1):

Álló fűtőkondenzátor

Fekvő fűtőkondenzátor

Segédhűtés: a villamosenergia-termelés rendelkezésre állását javító segédberendezés

Gőz hőkiadás T PFE WT . GK F Qell Q1 tv 1 ell CSGYT megcsapolásos tápvízelőmelegítés F Qell Q1 tv 1 ell

Segédkondenzáció: a villamosenergia-termelés rendelkezésre állását javító segédberendezés

1.1.2. Energetikai jellemzők Fajlagos villamosenergia-termelés: Bruttó hatásfok:

Energiafolyam ábra

1.2. Elvételes-kondenzációs gőzerőmű

1.2. Elvételes-kondenzációs gőzerőmű Elvételes-kondenzációs és részleges hőkiadású kondenzációs fűtőerőműnél a környezetbe távozó hőteljesítmény csökken, és kismértékben csökken a villamos teljesítmény is

1.3. Ellennyomású-kondenzációs gőzerőmű

1.3. Ellennyomású-kondenzációs gőzerőmű Nagyteljesítményű gőzerőmű (PKE=265 MWe, Pell=235 MWe, Qell=400 MWt). Pillangószelepek a gőzvezetékben: üzemmód beállítás: kondenzációs: FK-k nem üzemelnek, minden gőz expandál a KT-ban, ellennyomású: KT nem üzemel és tengelykapcsolóval leválasztva.

2. Gázturbina vagy gázmotor

2. Gázturbinás kombinációk A HH-t a gázturbina után kapcsolva, megnő a gázturbinából kilépő füstgáz nyomása ezért kismértékben csökken a gázturbina teljesítménye

2.1. GT+Forróvízkazán

T-Q diagram ΔQfv ΔQfg= ΔQüp fg fv t2H tv te Q T t2 t2p .

2.2. GT+Gőzkazán

T-Q diagram t2H ΔQfv ΔQfg= ΔQüp fg tv Δtmin Q T t2 t2p . TH E TE

Hőhasznosító hőátvitel Hőátviteli tényezők: Füstgáz: αfg≈10-102 W/m2K, Folyadékfázisú víz: αvíz≈103 W/m2K, Kétfázisú vízgőz: αvg≈104 W/m2K, Túlhevített gőz: αg≈(1-5)102 W/m2K Ezért füstgázoldalról (kívülről) bordák a TE, E és esetleg a TH felület csövein.

2.3. GT+ellennyomású gőzturbina Forróvizes távhőrendszer tüzelőanyag ellátás ~ 1 2 TR G GT PGT É K fg. 3 2Hf 1* 2* T PT (póttüzelés) HH 2H 4 tv e

Energiafolyam ábra

2.4. GT+elvételes-kondenzációs gőzturbina

Teljesítmények Hőhasznosító: Gőzturbina: Fűtőerőmű:

GK nyomása gőzturbinánál

2.5. Energetikai jellemzők Fajlagos villamosenergia-termelés (energiagazdálkodási szám): Bruttó hatásfok: Az energetikai jellemzők akkor a legjobbak, ha a kombináció feltételre történik.

3. Gázmotoros kombináció

Energiafolyam ábra

Energetikai jellemzők Fajlagos villamosenergia-termelés (energiagazdálkodási szám) Bruttó hatásfok

Közvetlen hő- és villamosenergia-termelés energiafolyam ábra

Kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés energiafolyam ábrája

4. A közvetlen és kapcsolt energiatermelés összehasonlítása A kapcsolt energiatermelés azonos hő- és villamosenergia-mennyiség előállítására tüzelőanyag megtakarítást eredményez a közvetlen energiatermeléshez képest: De az ellennyomású gőz fűtőerőmű kevesebb villamos energiát és lényegesen több hőt, A kombinált gáz-gőz erőmű több villamos energiát és kevesebb hőt állít elő.

5. Hőszivattyús hőtermelés

Hőszivattyús (hűtő) hökörfolyamat

Energiafolyam ábra

Gázmotoros hőszivattyú

Energiafolyam ábra

5.1. Fő berendezések és folyamatok Elpárologtató (E): a hulladékhő (Qa) hasznosítása a kisnyomású (pE) hűtőközeg elgőzölögtetésével. Kompresszor (K): a gőzfázisú hűtőközeg nyomásának növelése a kondenzátor nyomására (pK). A kompresszor hajtása: villamos, gázmotoros (további hőhasznosítás). Kondenzátor (K): a gőzfázisú pK-nyomású hűtőközeg kondenzációja, a kondenzációs hő elvonása fűtési vízzel. Fojtószelep (FSZ): a pK-nyomású, folyadékfázisú hűtőközeg nyomásának csökkentése pE-nyomásra, s eközben a hűtőközeg nagy része gőzfázisba kerül.

5.2. Energetikai jellemző Fajlagos fűtési tényező (ill. teljesítmény-tényező): εf=2-6(15) a hulladékhő „minőségének” (t és halmazállapot) függvénye.