Erőművek

Tartalom

Bevezetés 15
1. Villamosenergia-igények 21
1.1. Teljesítmények és teljesítménymérleg 21
1.2. Terhelési és tartamdiagramok, kihasználási jellemzők 23
1.2.1. Terhelési és tartamdiagramok 23
1.2.2. Kihasználási időtartamok és tényezők 24
1.3. A villamosenergia-igények napi, heti és évi változása 26
1.3.1. Napi terhelési diagramok 26
1.3.2. Heti csúcsterhelési diagram 30
1.3.3. Évi csúcsterhelési és tartamdiagramok 31
1.3.4. A magyar villamosenergia-felhasználás fejlődése 34
1.4. Gazdaságfejlesztés és a villamosenergia-igények 35
1.4.1. Villamosenergia-igényesség 36
1.4.2. Egy főre eső mutatók 38
1.4.3. A villamosenergia-ellátás rugalmassága 40
Irodalom az 1. fejezethez 42
2. A villamosenergia-termelés költségei 43
2.1. Az erőművek statikus gazdasági jellemzői 44
2.1.1. Beruházási költségterhek, évi állandó költségek 44
2.1.2. Tüzelőköltségek, növekményköltségek 45
2.1.3. Az erőmű évi költsége és egységköltsége 47
2.1.4. Fedezeti pont 49
2.1.5. Optimális kiépítés, statikus határgazdaságosság 49
2.1.6. Statikus megtérülési idő és tőke-visszatérülés 51
2.2. Az erőművek dinamikus gazdasági jellemzői 51
2.2.1. Az erőműköltségek jelen- és jövőértéke 51
2.2.2. Beruházási költségek jelenértéke 53
2.2.3. Az évi költségek és a villamosenergia-termelés jelenértéke 53
2.2.4. Az egységköltség jelenértéke 54
2.2.5. Dinamikus hatékonysági mutatók 55
2.3. Erőművi költségelemzések 60
2.3.1. Földgáz-, szén- és atomerőművek gazdasági jellemzői 60
2.3.2. Tüzelőanyag árának hatása az erőmű gazdaságosságára 63
2.3.3. A hatásfokjavítás gazdaságossága 64
Irodalom a 2. fejezethez 65
3. Gőzkörfolyamatok 66
3.1. Gőzerőművek rendszerstruktúrája és folyamatai 66
3.1.1. Gőzerőművek rendszerstruktúrája 66
3.1.2. Reverzibilis és irreverzíbilis gőzkörfolyamatok 68
3.1.3. A gőzerőművek folyamat- és mérlegegyenletei 74
3.2. Kondenzációs és hőszolgáltató gőzkörfolyamatok 75
3.2.1. Kondenzációs gőzkörfolyamat, Rankine-körfolyamat 76
3.2.2. Ellennyomású gőzkörfolyamat 79
3.2.3. Hőszolgáltató és kondenzációs gőzkörfolyamat 81
3.3. Gőzkörfolyamatok hatásfokjavításának főirányai 83
3.3.1. Hatásfokjavítás a gőzparaméterek változtatásával 83
3.3.2. Hatásfokjavítás a körfolyamat felépítésének módosításával 84
3.4. Kettős gőzkörfolyamatok 86
Irodalom a 3. fejezethez 87
4. Gőzerőművek kezdőjellemzői, újrahevítés 88
4.1. Kezdőjellemzők és a hagyományos hőerőművek hatásfoka 88
4.1.1. A kezdőhőmérséklet növelése 88
4.1.2. A kezdőnyomás növelése 90
4.1.3. Szuperkritikus gőzjellemzők 92
4.2. Újrahevítés 94
4.2.1. Egy- és kétszeres veszteségmentes újrahevítés, az újrahevítés optimális nyomása 94
4.2.2. Az újrahevítés veszteségei 99
4.2.3. Újrahevítés és végnedvesség 101
4.3. Hőálló acélok és a gőzjellemzők 103
4.3.1. Hőálló acélok tartam szilárdsága 104
4.3.2. A hőálló acélok és a gőzparaméterek kapcsolata, optimális kezdőjellemzők 108
4.4. Atomerőművek kezdőjellemzői, telítettgőz-körfolyamat 111
4.4.1. Kezdőjellemzők osztatlan gőzfejlesztő esetén 111
4.4.2. Kezdőjellemzők osztott gőzfejlesztők esetén 113
4.5. Gőzszárítás és újrahevítés telítettgőz-körfolyamatban 114
4.5.1. Mechanikus gőzszárítás 114
4.5.2. Gőzszárítás és túlhevítés újrahevítéssel 116
4.5.3. Mechanikus gőzszárítás és túlhevítés újrahevítéssel 118
4.6. Kettős gőzkörfolyamatok a hőközlés javítására 119
Irodalom a 4. fejezethez 121
5. Megcsapolásos tápvíz-előmelegítés, táprendszer 123
5.1. Reverzibilis megcsapolásos tápvíz-előmelegítés 123
5.2. Egyfokozatú tápvíz-előmelegítés, csapadékelvezetés 125
5.2.1. Keverő előmelegítő 125
5.2.2. Felületi előmelegítő csapadékszivattyúzással 128
5.2.3. Felületi előmelegítő csapadék-visszavezetéssel 130
5.3. Többfokozatú tápvíz-előmelegítés 132
5.3.1. Optimális fokozatbeosztás 132
5.3.2. Optimális fokozatszám 135
5.3.3. Többfokozatú tápvíz-előmelegítés jelleggörbéi 136
5.3.4. Optimális tápvíz-hőmérséklet, hatása a főberendezésekre 142
5.4. Táprendszerek, gőzhűtők és csapadék-utóhűtők 145
5.4.1. Nyitott táprendszer, kis- és nagynyomású előmelegítők 145
5.4.2. Gőzhűtők 146
5.4.3. Csapadékelvezetés, csapadék-utóhűtők 150
5.4.4. Keverő előmelegítés táprendszerek 152
5.4.5. Termikus gáztalanítás 154
5.5. Tápszivattyúk beépítése és hajtása 156
5.5.1. Tápszivattyú fordulatszáma és típusa 156
5.5.2. Tápszivattyúk hajtása 158
5.5.3. Segédturbina kapcsolása 160
5.6. Tápvíz-előmelegítés és az erőműegység terhelése 161
5.6.1. A tápvíz-előmelegítés jelleggörbéi 161
5.6.2. Állandó és változó nyomású gáztalanítás 163
5.7. Megcsapolások kikapcsolása, kiváltása és hasznosítása 164
5.7.1. Túlterhelés a nagynyomású előmelegítők kikapcsolásával 166
5.7.2. Megcsapolások kiváltása idegen hővel 168
5.7.3. Megcsapolások belső és külső hasznosítása 170
5.8. Néhány gőzerőmű hőkapcsolása 171
5.8.1. Hazai 215 MW villamos teljesítményű gőzblokkok 172
5.8.2. A Paksi Atomerőmű telítettgőz-körfolyamata 173
5.8.3. Széntüzelésű szuperkritikus gőzerőmű hőkapcsolása 175
Irodalom az 5. fejezethez 176
6. Gőzerőművek kondenzációs jellemzői és hűtőrendszere 177
6.1. Kondenzációs jellemzők és a hatásfok 177
6.1.1. A kondenzátor hőmérsékletei és veszteségei 177
6.1.2. Kondenzátornyomás, illetve-hőmérséklet csökkentése 178
6.1.3. Kondenzátorok vízoldali sorba kapcsolása 182
6.2. Gőzturbina kilépése és a kondenzációs jellemzők 183
6.2.1. Turbinakiömlés méretének növelése 184
6.2.2. Turbinakiömlések számának növelése, háromházas gőzturbina 185
6.2.3. Kettős gőzkörfolyamat „hideg gőzzel" 188
6.3. Kondenzátorok felépítése és jellemzői 189
6.3.1. Felületi és keverő kondenzátorok 190
6.3.2. Optimális kondenzátorfelület és hűtővízáram 194
6.4. Gőzerőművek hűtőrendszerei 196
6.4.1. Frissvízhűtés 196
6.4.2. Hűtőtó, nedves hűtőtornyok 197
6.4.3. Száraz hűtőtornyok, légkondenzátorok 203
6.4.4. Hűtőtorony és a füstgázelvezetés 205
Irodalom a 6. fejezethez 206
7. Erőművi gőzkazánok 208
7.1. Nagynyomású gőzfejlesztő rendszerek 208
7.1.1. Dobos és kényszeráramlású kazánok 208
7.1.2. Áramlás stabilitása az elgőzölögtetőben 209
7.1.3. Forrási krízisek fellépése és elkerülése 212
7.2. Kényszeráramlású, szuperkritikus gőzkazánok 215
7.2.1. Két-és egyhuzamú kazánok 215
7.2.2. A kényszeráramlású gőzfejlesztő rendszer felépítése 216
7.2.3. A gőzfejlesztő rendszer igénybevétele, anyagai 218
7.2.4. Frissgőz és újrahevített gőz hőmérsékletszabályozása 221
7.3. Erőművi széntüzelésű rendszerek 222
7.3.1. A széntüzelés lehetőségei 222
7.3.2. NOx szegény szénportüzelés 223
7.3.3. Fluidtüzelés 224
7.3.4. Szén-dioxid keletkezés 225
7.3.5. Szénszárítás 226
7.4. Füstgázrendszer, a kazán hideg oldala 232
7.4.1. Pernyeleválasztás 234
7.4.2. Pernyeszállítás, sűrűzagy-rendszerek 236
7.4.3. Füstgáz-kéntelenítés 238
7.4.4. Füstgázhő-hasznosítás 240
7.5. Példák szuperkritikus gőzkazánok kialakítására 242
Irodalom a 7. fejezethez 247
8. Atomerőművek reaktorai 249
8.1. Hőtermelés az atomreaktorokban 249
8.1.1. A reaktor hűtőrendszere 249
8.1.2. Egyenlőtlenségi tényezők, forrócsatorna 250
8.1.3. A V.213 atomreaktor felépítése 252
8.2. Hőmérsékletmező az atomreaktorban 256
8.2.1. Hőmérséklet-eloszlás az üzemanyagelem keresztmetszetében 256
8.2.2. Hőmérséklet-eloszlás a forrócsatorna hosszában 258
8.2.3. A hűtőközeg kilépő hőmérsékletének változása 260
8.2.4. A reaktorhűtés és az erőműkörfolyamat hőmérsékleteinek kapcsolata 262
8.3. Hőtechnikai korlátok, a reaktor hőteljesítménye 263
8.3.1. Az üzemanyag (burkolat) megengedett hőmérséklete 263
8.3.2. Az üzemanyagaid felületi hőterhelése, forrási krízis 265
8.3.3. A reaktor térfogati hőteljesítménye, a kiégetési szint 267
8.3.4. Hőmérséklet és reaktivitás, a hőmérséklettényező 267
8.4. Nyomottvizes atomreaktor primerköre 268
8.4.1. Gőzfejlesztők 268
8.4.2. Szivattyúzás és nyomástartás 270
8.5. Atomerőművek biztonsági rendszerei 271
8.5.1. Utólagos hőtermelés biztonságos elvonása 271
8.5.2. A Paksi Atomerőmű VVER-440 reaktorának biztonsági rendszere 272
8.5.3. A reaktorbiztonság rendszereinek fejlődése, inherens biztonság 275
8.5.4. Atomerőművek élettartama 280
8.6. Atomerőművek és a környezetvédelem 281
Irodalom a 8. fejezethez 281
9. Erőművi gőzturbinák 283
9.1. Az erőművi gőzturbinák kialakítása 283
9.1.1. A nagynyomású turbinaház 283
9.1.2. A gőzturbina-lapátok fejlesztése 287
9.2. A gőznyelés változtatása, szabályozása 288
9.2.1. Mennyiségi szabályozás, gőzturbina szabályozófokozattal 289
9.2.2. Fojtásos szabályozás, szabályozófokozat nélküli gőzturbina 291
9.2.3. Csúszóparaméteres szabályozás 295
9.2.4. Megkerülővezetékes túlterhelés 297
9.2.5. A szabályozási lehetőségek összehasonlítása 299
9.3. Gőzáram-változtatás és a lapátok igénybevétele 301
9.4. Nedves gőz expanziója 304
Irodalom a 9. fejezethez 306
10. Belsőégésű gázturbinás erőművek 307
10.1. Veszteségmentes gázturbinás körfolyamatok 307
10.1.1. Joule-körfolyamat 307
10.1.2. Izotermikus gázturbinás körfolyamat 309
10.2. Valóságos gázturbinás folyamatok 310
10.2.1. Gázturbinás erőművek rendszerstruktúrája és folyamatai 310
10.2.2. Veszteséges gázturbinás erőmű körfolyamata és nyomásviszonyai 312
10.2.3. Az irreverzíbilis kompresszió 313
10.2.4. Az irreverzíbilis expanzió 315
10.2.5. A gázturbinás erőmű folyamategyenlete, hatásfoka 318
10.3. Gázturbinák kezdőhőmérsékletének növelése 321
10.3.1. A kezdőhőmérséklet növelésének hatásai 321
10.3.2. A kezdőhőmérséklet-növelés lehetőségei és üteme 322
10.3.3. Gázturbinák lapátanyagai, szuperötvözetek 325
10.3.4. Lapáthűtés 327
10.3.5. A lapátok keramikus bevonata 330
10.4. Gázturbinák tüzelőberendezése 330
10.4.1. Siló és gyűrűs tüzelőterek 330
10.4.2. Alacsony NOx-kibocsátó égők 334
10.5. Gázturbinák üzemviteli jellemzői 337
10.5.1. Gázturbinák jellemzői a légköri állapot függvényében 337
10.5.2. Gázturbinák szabályozása 339
10.5.3. Gázturbinák indítása, forszírozott terhelése 340
10.5.4. Villamos csúcsvitel légtározós gázturbinákkal 341
10.6. Korszerű erőművi gázturbinák 342
10.7. Belsőégésű gázturbinák sajátkörű hatásfokjavítása 344
10.7.1. A kilépő hő hasznosítása, a hatásfokjavítás lehetőségei 344
10.7.2. Soros tüzelés 345
10.7.3. Hővisszanyerés 347
10.7.4. Gőzbefecskendezés, STIG-ciklusok 349
10.7.5. A levegő nedvesítése, HAT-ciklusok 350
10.8. Kis gázturbinák, gázmotorok 352
10.8.1. Fűtőgázturbinák 352
10.8.2. Gázmotorok 355
10.8.3. Mini- és mikrogázturbinák 357
10.9. Gázturbinák és gázmotorok elért és tervezett hatásfoka 359
Irodalom a 10. fejezethez 360
11. Kombinált gáz/gőzerőművek 362
11.1. Veszteségmentes kombinált gáz/gőzkörfolyamat 362
11.2. Gázturbina és gőzerőmű illesztése, a hőhasznosító-gőzfejlesztő 364
11.2.1. Egy nyomású gőztermelés 364
11.2.2. Hőtranszport és irreverzibilitás a hőhasznosítóban 366
11.2.3. Hőhasznosító és egynyomású gőztermelés jellemzői 371
11.2.4. Többnyomású gőztermelés, újrahevítés 373
11.2.5. Szuperkritikus gőztermelés 379
11.2.6. A hőhasznosító-gőzfejlesztő optimális jellemzői 381
11.3. A hőhasznosító-gőzfejlesztő berendezés 382
11.3.1. A gázturbina és a hőhasznosító összekapcsolása, megkerülés 382
11.3.2. A gőzfejlesztő rendszere 383
11.3.3. A hőhasznosító azonos hőmérsékletzónában működő felületei 385
11.3.4. A hőhasznosító gázoldali nyomásesése és hatása a gázturbinára 386
11.4. A gáz- és gőzturbina külön és közös tengelyen 387
11.4.1. A kombinált erőmű gőzturbinájának sajátosságai 387
11.4.2. Két- és egytengelyes kombinált gáz/gőzerőművek, blokkosítás 388
11.5. Póttüzelés 391
11.5.1. Egyfokozatú póttüzelés 391
11.5.2. Többfokozatú póttüzelés 395
11.6. A meglévő gőzerőművek gázturbinás fejelése 397
11.6.1. A gázturbinás fejelés hatásfoka 398
11.6.2. Hőhasznosítás és gőztermelés gázturbinás fejeléskor 399
11.6.3. Gőzturbina üzemviszonyai gázturbinás fejeléskor 402
11.6.4. Példa gőzerőmű gázturbinás fejelésére 402
11.7. Korszerű kombinált gáz/gőzerőművek 404
11.8. Hőszolgáltató gáz/gőzerőművek 405
Irodalom a 11. fejezethez 408
12. Szénbázisú és nukleáris gázturbinák, illetve gáz/gőzerőművek 410
12.1. Külső hevítésű nyitott és zárt gázturbinák 410
12.1.1. Külső hevítésű nyitott gázturbinák 410
12.1.2. Külső hevítésű zárt, He-gázturbinák 411
12.2. Kombinált gáz/gőzerőművek lehetőségei szénbázison 415
12.3. Nyomásalatti szénelgázosítás és kombinált gáz/gőzerőmű (IGCC) 416
12.3.1. Szénelgázosítós gáz/gőzerőmű rendszerstruktúrája és energiafolyamata 417
12.3.2. Példák szénelgázosítós kombinált gáz/gőzerőművekre 420
12.4. Nyomásalatti fluidtüzelésű kombinált gáz/gőzerőmű (PFBC) 422
12.4.1. Gáz- és gőzkörfolyamat integrálása feltöltött kazánban 422
12.4.2. Fluidtüzelésű gáz/gőzerőmű alapmegoldása 424
12.4.3. Fluidtüzelésű gáz/gőzerőmű rátüzeléssel 428
12.4.4. Nyomásalatti fluidtüzelés nyitott és zárt gázturbinával 430
12.5. Nyomásalatti szénportüzelésű gáz/gőzerőművek (PPCC) 433
12.6. Külső hevítésű szénbázisú gáz/gőzerőművek (EFCC) 435
12.7. Zárt gázturbinás atomerőmű 438
Irodalom a 12. fejezethez 439
13. Gázturbinák és gőzerőművek együttműködése 441
13.1. Az együttműködés energetikai jellemzői 441
13.1.1. Az együttműködő erőművek hatásfoka 442
13.1.2. Az együttműködő erőművek tüzelőköltségei 445
13.2. Az együttműködés megoldásai 446
13.2.1. Együttműködés a gázturbina saját hőhasznositójával 446
13.2.2. Hőhasznosítás a gőzerőmű kazánjában 449
13.2.3. Példák az együttműködésre 453
13.3. Meglévő gőzerőművek gázturbinás megújítása 455
13.3.1. Hagyományos gőzerőművek megújítása 455
13.3.2. Atomerőművek gázturbinás megújítása 457
13.4. Az együttműködés üzemi jellemzői 459
Irodalom a 13. fejezethez 461
14. Alternatív erőművek 463
14.1. A kimerülő energiakészletekről és a megújuló energiákról 463
14.1.1. Kimerülő energiakészletek, az ellátottság és a kumulált energiafelhasználás 463
14.1.2. Megújuló energiák és az évi energiafelhasználás 466
14.2. Vízerőművek 471
14.2.1. Folyami vízerőművek 471
14.2.2. Szivattyús tározó vízerőművek 477
14.2.3. Egyéb vízerőművek 480
14.3. Szélerőművek 480
14.3.1. A szélenergia jellemzői és hasznosítása 480
14.3.2. A szélerőművek megoldásai 483
14.4. Naperőművek 487
14.4.1. Naphőerőművek 487
14.4.2. Napkémények 491
14.4.3. Fotovillamos napelemek 492
14.4.4. A naperőművek értékelése 494
14.5. Földhő és a villamosenergia-termelés 495
14.5.1. A földhő jellemzői 495
14.5.2. Geotermikus erőművek 497
14.6. Biomassza és a villamosenergia-termelés 501
14.6.1. A biomassza jellemzői 501
14.6.2. Bioüzemanyagú erőművek 503
14.7. Települések hulladékai és a szemétégető erőművek 504
14.8. Közvetlen energiaátalakítás, a tüzelőanyag-cella 506
14.8.1. A hő közvetlen átalakítása villamos energiává 507
14.8.2. Tüzelőanyag-cella 508
14.9. A hagyományos és alternatív erőművek összehasonlítása 515
14.9.1. A villamosenergia-termelés hatásfoka 515
14.9.2. Az erőművek fajlagos beruházási költsége 517
14.9.3. A villamosenergia-termelés egységköltsége 519
Irodalom a 14. fejezethez 520
15. Együttműködő erőművek, villamosenergia-rendszer 522
15.1. A magyar villamosenergia-rendszer 522
15.1.1. A magyar villamosenergia-rendszer kialakulása 523
15.1.2. Szervezeti és tulajdonosi viszonyok alakulása 524
15.1.3. A magyar villamosenergia-rendszer erőművei és alaphálózata 527
15.1.4. A villamosenergia-rendszer nemzetközi együttműködése 529
15.2. Tartaléktartás 531
15.2.1. A karbantartás ütemezése, karbantartási tartalék 531
15.2.2. Váratlan kiesések és korlátozások 532
15.2.3. A villamosenergia-rendszerek primer/szekunder szabályozása 536
15.3. Terhelés- és termeléselosztás 540
15.3.1. Gazdaságos terheléselosztás 540
15.3.2. Gazdaságos termeléselosztás, indítás és leállítás 542
15.3.3. Új erőmű energiatermelése az erőműrendszerben 544
15.4. Gazdasági rendszerhatások 547
15.4.1. Az erőművek teljesítőképességének értékelése 547
15.4.2. Eltérő kihasználású erőművek, növekmény egységköltség 548
15.5. Az erőműrendszer rövid és hosszú távú költségei, a határköltségek 550
15.5.1. Rövid távú költségek és költségmutatók 550
15.5.2. Hosszú távú költségek 553
Irodalom a 15. fejezethez 554
16. Erőművek és a természeti környezet 556
16.1. Az erőművek környezeti kapcsolatai 556
16.2. Az erőművek lokális légszennyezése 560
16.2.1. Erőművek légszennyező emissziója 560
16.2.2. Immisszió, levegőminőségi határértékek 562
16.2.3. Atomerőművek radioaktív sugárzása 566
16.3. Erőművek és a globális klímaváltozás 567
16.3.1. Erőművek szén-dioxid kibocsátása 568
16.3.2. Kapcsolt energiatermelés 573
16.3.3. Megújuló energiák hasznosítása 577
16.3.4. A szén-dioxid kibocsátás gazdasági értékelése, támogatása 578
16.3.5. A kibocsátott szén-dioxid tárolása, átalakítása 583
16.3.6. Tények és kérdések a globális felmelegedésben 584
Irodalom a 16. fejezethez 585
Függelékek 587
F1. Jelölések és mértékegységek 589
F2. Erőművek fogalomtára 595

Témakörök