2. ENERGIA ELLÁTÓ RENDSZEREK 2. ENERGIA ELLÁTÓ RENDSZEREK 2.1 A villamos energia átvitel és
2.1 A villamos energia átvitel és elosztás alapeszközeielosztás alapeszközei Dr. Kádár Péter PhD
Dr. Kádár Péter PhD
Hőerőművek, kondenzációs erőművek, hatásfokok. Nyílt és zárt ciklusú erőművek, a Hőerőművek, kondenzációs erőművek, hatásfokok. Nyílt és zárt ciklusú erőművek, a
kogenerác
kogeneráció elve ió elve és nagyságrendjei.és nagyságrendjei.
Hőerőművek Hőerőművek
A hőerőművek tüzelőanyaga lehet: A hőerőművek tüzelőanyaga lehet:
• Szén, energetikai barnaszén: fűtőértéke 6000
• Szén, energetikai barnaszén: fűtőértéke 6000 ...6500 kl/kg....6500 kl/kg. • Olaj, (vagy olaj
• Olaj, (vagy olaj származék) (pakura, goudron), amelyek futo értéke 40000 ...41000származék) (pakura, goudron), amelyek futo értéke 40000 ...41000 kJlkg
kJlkg
• Földgáz. hőerőműi földgáz fűtőértéke kb.35000 kl/kg • Földgáz. hőerőműi földgáz fűtőértéke kb.35000 kl/kg A hőerőművekben az
A hőerőművekben az energia átalakításának alapvető munkafolyamatai:energia átalakításának alapvető munkafolyamatai: • A
• A tüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hőenergiátüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hőenergiává (égetés);vá (égetés); • A
• A hőenergia átadása a közvetítő közegnek (víz hőenergia átadása a közvetítő közegnek (víz melegítése, gőzfejlesztés);melegítése, gőzfejlesztés); • A
• A közvetítő közeg hőenergiájának átalakítása mechanikai energiává (tuközvetítő közeg hőenergiájának átalakítása mechanikai energiává (tu rbina);rbina); • A
• A mechanikai energia átalakítása villamos energiává (generátor).mechanikai energia átalakítása villamos energiává (generátor). A tüzelőanyag elégetésének módja, illetve az
A tüzelőanyag elégetésének módja, illetve az alkalmazott közvetítő közeg szerintalkalmazott közvetítő közeg szerint megkülönböztetünk: megkülönböztetünk: • Gőzerőműveket és • Gőzerőműveket és • Gázturbinás erőműveket • Gázturbinás erőműveket
• Kombinált ciklusú erőműveket külön
• Kombinált ciklusú erőműveket külön böztetünk meg böztetünk meg..
Kondenzációs erőművek Kondenzációs erőművek
A csak villamos
A csak villamos energiatermelésenergiatermelést végzőt végző hőerőműveket
hőerőműveketkondenzációskondenzációs erőműveknek
erőműveknek nevezzük. A kondenzációs nevezzük. A kondenzációs
erőműnél a kondenzátorral elvont erőműnél a kondenzátorral elvont hőmennyiség a munkafolyamat hőmennyiség a munkafolyamat
szempontjából veszteség. Ez a veszteség szempontjából veszteség. Ez a veszteség csökkenthe
csökkenthető, ha tő, ha ezt a ezt a hőmennyiségehőmennyiségett valamilyen más célra, például
valamilyen más célra, például fűtésrefűtésre hasznosítjuk.
hasznosítjuk.
Ez gyakorlatilag akkor lehetséges, ha
Ez gyakorlatilag akkor lehetséges, ha a kondenzácia kondenzációs hőmérsékletet megnöveljük 70ós hőmérsékletet megnöveljük 70-80-80 ooC- C-ra, azaz melegebb vizet engedünk ki. Ekkor, az erőmű
ra, azaz melegebb vizet engedünk ki. Ekkor, az erőmű már nem csak villamos energiát termel,már nem csak villamos energiát termel, hanem hőenergiát is. Az
hanem hőenergiát is. Az ilyen kapcsolt energiatermelésű (kogenerációs) hőerőművelilyen kapcsolt energiatermelésű (kogenerációs) hőerőművel
ellennyomásos hőerőműnek
ellennyomásos hőerőműnek nevezzük. nevezzük. Elvételes kondenzációs
Elvételes kondenzációs
Gőzelvételes erőműről akkor beszélünk, ha a gőznek csak egy Gőzelvételes erőműről akkor beszélünk, ha a gőznek csak egy hányadát vezetik a hő
hányadát vezetik a hő-fogyasztókhoz, a többi része a turbinában-fogyasztókhoz, a többi része a turbinában expandál egészen a kondenzátum nyomásig. Az elvételes gépeket expandál egészen a kondenzátum nyomásig. Az elvételes gépeket tehát elvileg két részre, egy tisztán ellennyomású gépre és egy tehát elvileg két részre, egy tisztán ellennyomású gépre és egy kondenzác
kondenzációs gépre lehet iós gépre lehet bontani.bontani.
Erőművek karnot ciklusát figyelembe véve két csoportba sorolhatjuk: zárt ciklusú és nyílt Erőművek karnot ciklusát figyelembe véve két csoportba sorolhatjuk: zárt ciklusú és nyílt ciklusú.
Zárt ciklus:
Zárt ciklus:A füstgáz egy hőhasznosító kazánba vezetve hasznosul, a munka közeg a gőz.A füstgáz egy hőhasznosító kazánba vezetve hasznosul, a munka közeg a gőz.
Nyílt ciklus:
Nyílt ciklus: a füstgáz kéményen távozik, nincs hasznosítva. Nyílt ciklusúból három fajtát a füstgáz kéményen távozik, nincs hasznosítva. Nyílt ciklusúból három fajtát különböztetünk meg: Otto motoros, gázmotoros (0,5-15 MW),
különböztetünk meg: Otto motoros, gázmotoros (0,5-15 MW), gáz turbinás (100-350 MW) ésgáz turbinás (100-350 MW) és Dízel gép
Dízel gép
A kogeneráció (Combine Heat and Power -
A kogeneráció (Combine Heat and Power - CHP)CHP)
Kapcsolt villamos és hőenergia termelést jelent. Az erőmű tervezésénél mind a termelt hő Kapcsolt villamos és hőenergia termelést jelent. Az erőmű tervezésénél mind a termelt hő --mind a
mind a villamosenergia hasznosítást figyelembe vesszük a jobb hatásfok elérése érdekében.villamosenergia hasznosítást figyelembe vesszük a jobb hatásfok elérése érdekében. A kogeneráció jelentése: hő
A kogeneráció jelentése: hő- és villamos energia kombinált gyártása. Míg a hagyományos- és villamos energia kombinált gyártása. Míg a hagyományos erőművekné
erőműveknél l a villamosenergiaa villamosenergia gyártása közben létrejött hőenergiát a környezetbe engedik ki,gyártása közben létrejött hőenergiát a környezetbe engedik ki, addig a kogenerációs egységeknél fűtésre használják fel, ezzel megtakarítva a fűtőanyagot, addig a kogenerációs egységeknél fűtésre használják fel, ezzel megtakarítva a fűtőanyagot, illetve a költségek jelentős részét, melyet egyébként a fűtőanyag megvásárlására kellene illetve a költségek jelentős részét, melyet egyébként a fűtőanyag megvásárlására kellene fordítani.
fordítani. K
K is villamos teljesítmények esetén (200 kW…5 MW) hagyományosan ais villamos teljesítmények esetén (200 kW…5 MW) hagyományosan a gázmotorok gázmotorok , míg, míg nagyobb teljesítmények esetén (> 5 MW) a
nagyobb teljesítmények esetén (> 5 MW) a gázturbinák gázturbinák alkalmazása terjedt el. Az utóbbi alkalmazása terjedt el. Az utóbbi években azonban már megjelentek a kis villamos teljesítményű (30 kW…500 kW)
években azonban már megjelentek a kis villamos teljesítményű (30 kW…500 kW) mikromikro
turbinák is. turbinák is.
Hatásfokok: Hatásfokok:
hagyományhagyományos hőerőmű os hőerőmű max.35%max.35%
gázturbina max.42%gázturbina max.42%
kombinált ciklus max.65%kombinált ciklus max.65%
Zárt ciklus:
Zárt ciklus:A füstgáz egy hőhasznosító kazánba vezetve hasznosul, a munka közeg a gőz.A füstgáz egy hőhasznosító kazánba vezetve hasznosul, a munka közeg a gőz.
Nyílt ciklus:
Nyílt ciklus: a füstgáz kéményen távozik, nincs hasznosítva. Nyílt ciklusúból három fajtát a füstgáz kéményen távozik, nincs hasznosítva. Nyílt ciklusúból három fajtát különböztetünk meg: Otto motoros, gázmotoros (0,5-15 MW),
különböztetünk meg: Otto motoros, gázmotoros (0,5-15 MW), gáz turbinás (100-350 MW) ésgáz turbinás (100-350 MW) és Dízel gép
Dízel gép
A kogeneráció (Combine Heat and Power -
A kogeneráció (Combine Heat and Power - CHP)CHP)
Kapcsolt villamos és hőenergia termelést jelent. Az erőmű tervezésénél mind a termelt hő Kapcsolt villamos és hőenergia termelést jelent. Az erőmű tervezésénél mind a termelt hő --mind a
mind a villamosenergia hasznosítást figyelembe vesszük a jobb hatásfok elérése érdekében.villamosenergia hasznosítást figyelembe vesszük a jobb hatásfok elérése érdekében. A kogeneráció jelentése: hő
A kogeneráció jelentése: hő- és villamos energia kombinált gyártása. Míg a hagyományos- és villamos energia kombinált gyártása. Míg a hagyományos erőművekné
erőműveknél l a villamosenergiaa villamosenergia gyártása közben létrejött hőenergiát a környezetbe engedik ki,gyártása közben létrejött hőenergiát a környezetbe engedik ki, addig a kogenerációs egységeknél fűtésre használják fel, ezzel megtakarítva a fűtőanyagot, addig a kogenerációs egységeknél fűtésre használják fel, ezzel megtakarítva a fűtőanyagot, illetve a költségek jelentős részét, melyet egyébként a fűtőanyag megvásárlására kellene illetve a költségek jelentős részét, melyet egyébként a fűtőanyag megvásárlására kellene fordítani.
fordítani. K
K is villamos teljesítmények esetén (200 kW…5 MW) hagyományosan ais villamos teljesítmények esetén (200 kW…5 MW) hagyományosan a gázmotorok gázmotorok , míg, míg nagyobb teljesítmények esetén (> 5 MW) a
nagyobb teljesítmények esetén (> 5 MW) a gázturbinák gázturbinák alkalmazása terjedt el. Az utóbbi alkalmazása terjedt el. Az utóbbi években azonban már megjelentek a kis villamos teljesítményű (30 kW…500 kW)
években azonban már megjelentek a kis villamos teljesítményű (30 kW…500 kW) mikromikro
turbinák is. turbinák is.
Hatásfokok: Hatásfokok:
hagyományhagyományos hőerőmű os hőerőmű max.35%max.35%
gázturbina max.42%gázturbina max.42%
kombinált ciklus max.65%kombinált ciklus max.65%
Gőzturbinák, fokozatok, paraméterek. Kondenzátorok, hűtési rendszerek, hűtőtornyok. Gőzturbinák, fokozatok, paraméterek. Kondenzátorok, hűtési rendszerek, hűtőtornyok.
A
A gőzerőműnek három főgőzerőműnek három fő berendezése berendezése van: a kazánvan: a kazán;; a gőa gőzturbina; és a villamos zturbina; és a villamos generátor.generátor. A tiszta kondenzációs er
A tiszta kondenzációs er őőmműű ben a teljes ben a teljes fejlesztett g
fejlesztett gőőzmennyiség villamos energiazmennyiség villamos energia termelésére szolgál. A kazánban termelt termelésére szolgál. A kazánban termelt ggőőzt a turbinába vezetik, amely a villamoszt a turbinába vezetik, amely a villamos generátort hajtja.
generátort hajtja.
Hatásfok növelési
Hatásfok növelési megoldások: léghevítés, a megcsapolásos tápvíz- megoldások: léghevítés, a megcsapolásos tápvíz- előmelegítés, közvetítőelőmelegítés, közvetítő közeg újrahevítése.
közeg újrahevítése.
Ellennyomású
Ellennyomásúerőművekben a turbinából távozó gőerőművekben a turbinából távozó gő z nem a kondenzátorba jut, hanem a teljesz nem a kondenzátorba jut, hanem a teljes gőzmennyiséget a hő
gőzmennyiséget a hő-fogyasztók kapják, amelyek azt részben technológiai--fogyasztók kapják, amelyek azt részben technológiai- , részbe fű, részbe fűtésitési célokra használják fel. A turbina ez esetben is villamos generátort hajt, azonban a termelt célokra használják fel. A turbina ez esetben is villamos generátort hajt, azonban a termelt villamos energia menn
villamos energia mennyisége a fogyasztók yisége a fogyasztók igényelte gőzmennyiségigényelte gőzmennyiségtőtől függ.l függ.
Gőzelvételes erőműrő
Gőzelvételes erőműrőll beszélünk, h beszélünk, ha a gőa a gőznek csak egy hányadát vezetik aznek csak egy hányadát vezetik a
hő
hő-fogyasztókhoz, a többi része a turbinában expandál egészen a kondenzátum nyomásig. Az-fogyasztókhoz, a többi része a turbinában expandál egészen a kondenzátum nyomásig. Az elvételes gépeket tehát elvileg két
elvételes gépeket tehát elvileg két részre, egy tisztán ellennyomású gépre és részre, egy tisztán ellennyomású gépre és egy kondenzációsegy kondenzációs gépre lehet bontani.
gépre lehet bontani.
Fokozatok Fokozatok
A gőz expandálása a gőzturbinákban több fokozatban történik.
A gőz expandálása a gőzturbinákban több fokozatban történik. Az egyes fokozatok között aAz egyes fokozatok között a gőzturbinából megcsapolásokon keresztül gőzt tudunk kivenni (pl: gőzfogyasztóhoz, vagy gőzturbinából megcsapolásokon keresztül gőzt tudunk kivenni (pl: gőzfogyasztóhoz, vagy tápvíz
tápvíz előmelegítésreelőmelegítésre).). A belépő gőznyomás az erőmű kialakításától, és A belépő gőznyomás az erőmű kialakításától, és a gőzturbinától függőa gőzturbinától függő érték, jellemzően 20
érték, jellemzően 20 -- 250 bar, a kisnyomású gőz250 bar, a kisnyomású gőzturbinák: 2turbinák: 2 – – 20 bar. 20 bar.
Kondenzátorok Kondenzátorok
Kondenzátor alkalmazásával elsősorban az a cél, hogy benne a légkörinél kisebb nyomást Kondenzátor alkalmazásával elsősorban az a cél, hogy benne a légkörinél kisebb nyomást tartva a turbinában végbemenő expanzió nyomás
tartva a turbinában végbemenő expanzió nyomás -- és hőmérséklethatárát csökkentsük ezáltalés hőmérséklethatárát csökkentsük ezáltal növelve a körfolyamat termikus
növelve a körfolyamat termikus hatásfokát. η=1hatásfokát. η=1-T_el/T_be-T_el/T_be
A légkörnél kisebb nyomás elérése és fenntartása lehetővé válik ha a turbinából a A légkörnél kisebb nyomás elérése és fenntartása lehetővé válik ha a turbinából a kondenzátorba érkező gőzt
kondenzátorba érkező gőzt lecsapatjuk hőelvonással.lecsapatjuk hőelvonással. Azonban a kondenzátor alkalmas kell, hogy legyen a Azonban a kondenzátor alkalmas kell, hogy legyen a blokk
blokk indulása, indulása, leállása leállása és és terhelésének terhelésének hirtelenhirtelen megváltoztatása során keletkező hőfelesleg megváltoztatása során keletkező hőfelesleg lekondenzálá
lekondenzálására is, sára is, megfelelően kiépített redukáló vagymegfelelően kiépített redukáló vagy elvezető vezetéken keresztül. Továbbá elláthatja a elvezető vezetéken keresztül. Továbbá elláthatja a következő feladatokat is: gőzturbina víztelenítésekor következő feladatokat is: gőzturbina víztelenítésekor adódó csapa
adódó csapadékok összegyűjtése, alsó előmelegítődékok összegyűjtése, alsó előmelegítő fűtőgáz valamint póttápvíz fogadása, gáztalanítási fűtőgáz valamint póttápvíz fogadása, gáztalanítási feladatokat.
feladatokat.
Hőelvonásra a legelterjedtebben levegőt vagy vizet használunk, amelyet a kondenzátorban Hőelvonásra a legelterjedtebben levegőt vagy vizet használunk, amelyet a kondenzátorban átvezetve a gőzzel közvetett vagy közvetlen érintkezésbe hozunk.
átvezetve a gőzzel közvetett vagy közvetlen érintkezésbe hozunk. EllennyomásúEllennyomású gőzturbinánál alkalmazott kondenzátor hűtőközeg a városfűtési forróvíz rendszer a
gőzturbinánál alkalmazott kondenzátor hűtőközeg a városfűtési forróvíz rendszer a visszatérővisszatérő ág hőmérsékletén.
ág hőmérsékletén. KondenzációKondenzációs gőzturbinánál: pl: s gőzturbinánál: pl: folyóvíz.folyóvíz. Nagy fekvő, vagy álló Nagy fekvő, vagy álló hengereshengeres tartály, benne
tartály, benne nagy mennyiségűnagy mennyiségű cső. A csövekben folyik a hűtőközeg, a tartályban pedigcső. A csövekben folyik a hűtőközeg, a tartályban pedig lekondenzáló
Hűtőtornyok
Amennyiben folyamatosan rendelkezésre álló természetes vízfolyás vízhozama olyan csekély, hogy hűtőtó sem létesíthető akkor a hűtővizet félig vagy teljesen zárt körfolyamatban kell tartanunk és folyamatosan gondoskodnunk kell annak visszahűtéséről ill. az elvesző
mennyiség pótlásáról. A leggyakrabban használt visszahűtő berendezés a hűtőtorony.
A hűtőtornyokat a hűtőlevegő áramlásának módja alapján két nagy csoportba soroljuk:
mesterséges szellőztetésű (ventillátoros) vagy természetes szellőztetésű hűtőtornyok.
A víz és a levegő egymáshoz képesti áramlási iránya alapján:
ellenáramú,
kereszt-ellenáramú, keresztáramú.
A ventilátor helyzete alapján:
nyomóventilátoros és szívóventilátoros.
A természetes szellőztetésű hűtőtornyok a kellő huzat biztosítása érdekében magas építésűek (50-170m) Alakjuk lehet
hiperboloid, csonkagúla vagy henger.
Leggyakrabban a hiperboloidot használják, mert kisebb anyagfelhasználás kell hozzá,
ellenállóbb a szélnyomással szemben a szél hatása nem befolyásolja a hűtőh atást és a huzat egyenletes elosztású. A mesterséges szellőztetésű hűtőtornyokban a ventilátorok legfeljebb 10-05m átmérőjűek ezért ebből többet kell beépíteni.
Gázturbinák, CCGT, CCPP. A gázturbina felépítése
0 - Külső nyomás; 1- Beáramló levegő, 2 - Sűrített levegő, 3- Égés termék, 4- Munkafokozatok utáni forró levegő, 5- Kipufogógáz
Az erőművi gázturbinák felépítésben hasonlítanak a repülőgép turbinákhoz, de az előbbiek forgató nyomaték maximumra, míg utóbbiak tolóerő maximumra vannak optimalizálva (forgalomból kivont repülőgépek turbináját a megfelelő átalakítás és rekonstrukció után használják erőművekben is)
Tüzelőanyag
Tüzelőanyagnak leggyakrabban földgázt használnak, de előfordul tüzelő olaj (tartalék gázturbinák esetén), ami gázolajnál finomabb, és desztillálási eljárással készül. Lehet még ”szintetikus gáz” vagy más tüzelőanyag is. (Repülőgépek gázturbinájában kerozint
használnak.)
Hatásfok
Teljes terhelésen jellemzően 40 – 45 %. Részterhelésen ez drasztikusan lecsökken 20 – 35 %.
Gázturbina előnyei
Gyors üzemkészség, a berendezés és a kezelés egyszerűsége, a hűtővíz ellátástól való teljes vagy részleges függetlenség.
Hátrányai
A gőzerőműveknél rosszabb hatásfok, drága előállítási költség, szerkezeti okok
következményeként kisebb egységteljesítményű turbina , drága üzemeltetés (magas gáz árak)
Alkalmazási területei:
nagyobb egységteljesítményű gázturbinás erőműveket csúcserőműként . az együttműködő villamos energia rendszerben gyorsan indítható hideg
tartalékként alkalmazzák.
sajátos erőművi alkalmazási területe a földalatti szénelgázosítással üzemeltetett
gázturbinás erőmű.
kohóüzemekben a hulladékenergiák (pl.: kohógáz) felhasználása
CCGT: Combined Cycle Gas Turbine – Kombinált Ciklusú Gáz Turbina
A gázturbinából vagy gázmotorból távozó füstgáz hőmérséklete és hőenergia tartalma alkalmas gőzfejlesztésre így az eddig szabadba távozó, vagy csak részben használt füstgáz energiáját egy gőzciklusban jól lehet hasznosítani.
Előnyei
Takarékos primerenergia felhasználás, hatásos energia kihasználás, mérsékelt káros anyag (füstgáz) kibocsátás
Hatásfokát alapvetően meghatározó tényezők
A gázturbina és a légkompresszor hatásfoka mekkora; A turbinába beömlő gáz hőmérséklete milyen magas,
A turbinából kilépő gázok hőtartalmát milyen mértékben hasznosítják, azaz milyen a
megvalósított körfolyamat.
Hatásfokjavító megoldások
a szabadba távozó füstgázok hőjével működő hőcserélőt építenek be, amely a
beszívott levegőt előmelegíti, és így a tüzet nem hűti;
többfokozatú kompressziót és expanziót alkalmaznak, amelynek során a kompressziós
fokozatok között hűtik, az expanziós fokozatok között pedig újrahevítik a hőhordozó közeget;
kombinált ciklust (gáz-gőz körfolyamatot) alkalmaznak, amelyben a gázturbina távozó
hőjét gőzerőműben hasznosítják. (Kombinált ciklusú erőművek)
CCPP: Combined Cycle Power Plant – Kombinált ciklusú Erőmű
Füstgázkezelés, porleválasztás, DeNOX, DeSOX. Clean Coal Technologies. Tiszta szén technológia, CCT - Clean Coal Technologies
Az integrált elgázosító kombinált ciklusú széntüzelés (IGCC) új típusú széntüzelésnél a szenet
oxigénnel ésvízgőzzel reagáltatják és döntően szén-monoxidból és hidrogénből álló füstgáz
keletkezik.
Ezt a gázt, - a megfelelő tisztítás után- elégetik. A fejlődő hő jelentős részét aztán gőzfejlesztésre használják, mely további energiát fejleszt.
Kéntelenítés
Célja, hogy a fosszilis erőművek kéményein keresztül a lehető legkevesebb savas anyag (kén) kerüljön a levegőbe. A füstgáztisztításra számos mechanikai és kémiai technológiai eljárás ismert világszerte. Ezek különböző hatásfokkal működnek és eltérő beruház ási és
üzemeltetési költségeket igényelnek.
A kéntelenítő eljárások egy része csak a levegőbe jutó kén -dioxidot, kén-trioxidot csökkenti, míg a technológiák másik része nemcsak kéntelenít, hanem hasznosítja is a kenet gipszként, elemi kénként, sőt kénsavat és műtrágyákat előállító eljárások is ismertek a füstgáz
kéntelenítése terén.
Bármely technológiát választják, elengedhetetlen, hogy nemcsak a kéntelenítési hatásfokot, az eljárással elért emisszió értékét, hanem a beruházási és üzemeltetési költségeket, a
melléktermékek keletkezését, hasznosíthatóságát, elhelyezését is vizsgálják.
A kéntelenítés egyik módszere, hogy mésztejetadagolnak a füstgázhoz, ebből keletkezik a gipsz. (pl.: Mátrai erőmű)
DENOX
A DENOX egy szelektív gyorsított redukció, ahol ammónia bevonásával nitrogénné és vízzé bontjuk a füstgázokat 250°C körüli hőmérsékleten.
4 NO+ 4NH3 +O2 -> 4 N2 + 6 H2O Nitrogéndioxid alkalmazásával a folyamat gyorsítható.
Statikus porleválasztó
Jellemzően széntüzelésű kazánoknál használják. Statikusan feltöltött fémrácson átvezetik az ellentétesen feltöltött füstgázt, így a porszemcsék a rácshoz tapadnak. Ezt kalapácsok verik le, majd összegyűjtik.
Atomerőművek csoportosítása. BWR és PWR reaktorok, műszaki paraméterek.
Az atomerőmű és a hagyományos hőerőmű között az különbség, hogy a hőtermelés a kazán helyett a reaktorban megy végbe.
Csoportosítások
Üzemanyag típus: szilárd, folyékony vagy gáz alapú hajtóanyag Hűtés szerint: víz- vagy léghűtés (víz: folyami vagy hűtőtó) Generációk:
I. Első atomer őművek: kis teljesítmény kezdetleges megoldások II. Jelenleg elterjedt típusok
III. Fejletteb megoldások, csökkent a környezetkárosító hatás, n őtt az élettartam. IV. Fejlesztés alatt: nagyobb biztonság, kevesebb hulladék, jobb hatásfok
Forraló vizes (BWR) reaktorok
Ennél a típusnál a moderátort és a hűtőközeget egyaránt könnyűvíz
szolgáltatja és a hűtéskor a nyomás alatt levő hűtővízből gőz (ill. hevített gőz) lesz. A reaktorban fejlődő gőzt
közvetlenül lehet a turbinába bevezetni, ami jobb termikus hatásfokot,
egyszerűbb szerkezetet eredményez (a primer és a szekunder kör egyesítése
révén a hőcserélő elhagyható) és olcsóbb létesítést tesz lehetővé.
Mivel e technológiában a reaktorban megengedett a víz elforrása, a nyomás kisebb, mint a nyomott vizes reaktoroknál: kb. 60-70 bar. Az üzemanyag többnyire urán-oxid. A friss üzemanyag dúsítása általában kisebb, mint a nyomott vizes típusnál.
Hatásfok:33-35 %
Előnye ennek a típusnak: ez a legegyszerűbb elvi felépítésű típus - a beruházási költségek
relatív alacsonyak
A világon ma működő atomreaktorok összteljesítményének 22,5 %-át adják forralóvizes reaktorok
Nyomás alatti vízzel hűtött (PWR) reaktorok
Ennél a típusnál a moderátor és a hűtőközeg egyaránt könnyűvíz. A reaktorban termelt hőmennyiséget a hűtőközeg víz formájában veszi fel (azért nyomott vizes, mert akkora nyomás alatt kell tartani, hogy a kb. 500°C-os víz ne forrjon), majd a hőcserélőn keresztül egy másik vízkörben (szekunder körben) gőzt termel, amelyet gőzturbinában hasznosítanak.
A primer körben (sötétkék) a vizet
nagyon nagy nyomáson tartják (130-150 bar), emiatt az még a magas üzemi hőmérsékleten (300-330oC) sem forr fel.
A primer köri víz az ún. gőzfejlesztő kis átmérőjű csöveiben átadja hőjét a szekunder kör
vizének, azaz lehűl, majd alacsonyabb hőmérsékleten jut vissza a reaktorba. A szekunder körben levő víz nyomása sokkal alacsonyabb (40-60 bar), mint a primer körben lévőé, emiatt a gőzfejlesztőben a felmelegedett víz felforr (piros). Innen kerül (cseppleválasztás után) a gőz anagynyomású, majd a kisnyomású turbinára. A turbinából kilépő gőz a kondenzátorban
cseppfolyósodik, ahonnan előmelegítés után újra a gőzfejlesztőbe kerül
A primer és a szekunder kör vize nem keveredik egymással! A gőzfejlesztőben is csöveken keresztül adódik át a primer oldal hője. Így elérhető, hogy a hűtőközegbe került radioaktív anyagok a primer körben maradjanak, és ne kerülhessenek a turbinába és a kondenzátorba. Ez egy újabb védőgát a radioaktív szennyeződések kijutása elle n.
A nyomottvizes reaktorokban az üzemanyag általában alacsonyan (3-4 %) dúsított urán dioxid, néhaurán plutónium-oxid keverék (ún. MOX).
A nyomottvizes a legelterjedtebb reaktortípus: a világon jelenleg üzemelő atomreaktorok összteljesítményének mintegy 60 %-át adják . A paksi atomerőműben alkalmazott reaktorok is ehhez a típushoz tartoznak. Pl. Paks, 2000 MW
A VER nagy villamos gépei, nagyságrendek.
A villamos energia termelés és elosztás meghatározói a villamos gépek. Ezen gépek a generátorok, melyek a villamosenergia előállításában töltenek be szerepet, és a
transzformátorok, melyek a hálózati csomópontokban (alállomásokban) nélkülözhetetlenek.
Generátorok
A mechanikai energiából villamos energiát állítanak elő. Jellemző nagyságrendek: 50 - 350 MW gázturbina generátorok 35 - 250 MW hőerőművi generátorok 0,5 - 15 MW gázmotor generátorok 50 kW µCHP Transzformátorok
Feladatuk a feszültségszint váltása. Jellemző nagyságrendek:
5-1100 MVA alállomási transzformátorok
Tározós erőművek, kontinentális rendszerek. Tározós erőművek
Lényege, hogy a vizet völgyidőszakban, amikor a villamos energia rendszerben többlet termelés jelentkezik (jellemzően éjszaka)
olcsóbb áram segítségével az alsó
tárolóból szivattyúk segítségével a felső tárolóba pumpáljuk, majd napközben, amikor energia hiány van a villamos energia rendszerben, mely csak drágábban pótolhatóak, a felső tárolóból az alsóba engedve egy generátor segítségével villamos
energiává alakítjuk és ezt értékesítjük. A szivattyú-tározós erőmű alapja, a helyzeti energia tudatos kihasználása.
Villamos energia rendszerek nemzetközi összekapcsolása
Kezdetben üzemzavari kisegítéssel a tartalékolási igények csökkentése
Kereskedelmi szállítások: a teherelosztó az optimális terhelési menetrendet az import
figyelembevételével állítja össze
Közös európai villamos energia piac kialakulása: hektikus nemzetközi szállítások Automatizált valós idejű átviteli kapacitás előrejelzés- a kereskedelmi szállítások
VER léptékű teljesítményelektronikai eszközök, HVDC, FACTs, inverterek. Egyenáramú rendszerek HVDC – High Voltage DC Device
Az a tény, hogy nagyfeszültségű távvezetéken egyenáramnál lép fel a legkisebb veszteség, régóta ismert, de a műszaki megoldás jelentős innovációt igényelt, a nagyfelszültségű teljesítmény elektronikai fejlődését igényelte.
Lényege, hogy nagy teljesítményű inverterek segítségével a hálózat AC feszültséget DC feszültségé alakítva, DC távvezetékeken továbbíthatjuk az energiát. Napjainkban ez csak angy távolságoknál gazdaságos, mivel az átalakítás során nagy veszteségek lépnek fel (1MW
átalakításához 0,5 MVAr teljesítményre van szükség).
A rendszer kiválóan alkalmas például különböző frekveniákat használó régiók között energia átvitelre is. Jó példa erre, a Brazíliai ún. DC kuplung. A DC kuplung az 50Hz feszültségnől, egyenfeszültséget hoz létre, majd azt alakítja vissza, a szomszédos ország szerinti szabványos 60Hz-re.
FACTS (flexibilis, váltakozó áramú átviteli rendszerek),
E villamosenergia-ipar kifejezés azon technológiákat foglalja össze, amelyek növelik a
biztonságot, a kapacitást és a rugalmassá teszik erőátviteli hálózatokat. A FACTS megoldások segítenek növelni az átviteli kapacitást a már meglévő hálózati vezetékeken.
Ez
gyors feszültség-szabályozást, aktív hálózat-vezérlést és teljesítményszabályozást
igényel az energiaellátó rendszerektől. A fő cél az, hogy minimálisra csökkentsék a szűk keresztmetszeteket a már meglévő átviteli rendszerekben, javítsák az energia ellátást, a rendelkezésre állását, növeljék a megbízhatóságát, és a stabilitását.
A FACTS technológia alternatívát biztosít új távvezetékek vagy energiatermelő berendezések építése helyett – mely drága és időigényes folyamat. Ez egy viszonylag olcsó és gyors módja annak, hogy több energia legyen átvihető a szigorúan felügyelt meglévő hálózatokon,
2.2 Energia hálózatok Prof. Dr. Krómer István
Az emberiség energia szükségletének alakulása az egészséges életfeltételek biztosítása érdekében, a felhasznált energiahordozók szerepének változása a történelem folyamán.
Az idők kezdetén, a mai értelemben vett primer energiaforrást még állati erő
(melyet az élelmiszeripar használt) és a fa (amit fűtésre használtak) biztosította.
Az energia felhasználás szerkezeti átalakulása a korai XIX. sz.-tól, az iparosodás kezdetétől figyelhető meg. Ekkortól kezdte el az
emberiség a szénnel üzemeltetni
gőzgépeit, melyet az ipar széles körben használt. Ekkor a felhasznál energia 1-1-1 arányban volt fa, szén és állati primer forrásból.
A korai XX. sz.-ban kezdtek elterjedni a robbanómotorok, melyeket a közlekedés ipar a mai napig preferál. Ez az iparág rendkívül energiaigényes, és elsősorban olajszárma zékokat használ még ma is. Az ipari igényeket továbbra is a szén elégítette ki, aminek következtében 45% a szén, 10-15% körüli a biomassza és már csak 10% körüli volt az állati energia aránya. A késői XX. sz.-ban már a villamosenergia is elterjedésével, a háztartások és az ipar is erősen forrásigény környezetet teremtett. Emellett megjelentek a gázfűtéses rendszerek is, melynek következtében a XX. sz. végére a gáz, mint primer energia forrás már 55% körüli arányt tett ki. A villamosenergia igényt szintén gázból, később nukleáris forrásból állították elő, de
jellemzőek még ma is a szénerőművek is. A szén aránya tehát zsugorodott, kb. 25%-ra, ahogy a biomassza és az állati erő is 5-5%-ra.
Ma, a megújuló energiaforrások előtérbe helyezése miatt előtérbe került a szél a víz és a nap energia. Ezek együttes aránya már eléri az 5-10%-ot, és mivel a biomassza is újra felfedezésre került, a felhasználása már közel 7-8% a teljes primer források területén. A szén és a gáz ma még dominál, kettejük együttesen több mint felét teszik ki az energiamixnek, ám geopolitikai és környezeti hátrányuk miatt felhasználásuk csökkenő trendet mutat. Enyhe emelkedés történt viszont történ a XXI. sz.-ban a nukleáris energia termelésében. Az egyes országok külső és belső politikai okokra visszavezethető okai miatt ma, szélesebb körben használjuk mint bármikor a történelem során. Azonban, ma sem teszi ki a mix több mint 10%-át.
A földgáz szállító rendszer feladata, fejlődése, létesítésének feltételei és technológiai szakaszai. A műszaki fejlődés szerepe a földgáz szállító rendszerek teljesítményének
növekedésében. Feladata
A lelőhely, tározó és a fogyasztási hely közötti kapcsolat létesítése, a megfelelő szállítási és ellátási gáznyomás biztosítása.
A földgáz ellátó és szállító rendszer részei
A csővezetékek tervezési paramétereinek fejlődése
A csővezetékek fejlődése a gáz igényinek növekedésével folyamatosan nőtt. E növekedés megtapasztalható mind a létesített vezetékek keresztmetszetén, mint az üzemi nyomás változásában is.
A hazai földgázszállító rendszer fejlődésének néhány nevezetesebb pontja
1937. Az első hazai kőolaj- és földgáz mező felfedezése Budafapusztán (Zala megye) 1938. Az első gázvezeték (Budafa-Újudvar) üzembe helyezése
1968. Diszpécser központ Siófokon
1975. Csatlakozás a szovjet földgázszállító rendszerhez (Testvériség gázvezeték) 2008. A budapesti körvezeték bezárása
Gáztávvezetékek tervezése
Cél távvezeték tervezés kiinduló adatai:
kezdő- és végpont
végponti fogyasztói igény
biztonsági előírások (üzemelési nyomás tartomány) alapján meghatározható a csővezeték
Rendszer fejlesztés során meghatározandó:
a tervezett csővezeték legkedvezőbb kapcsolódási pontjai a meglévő rendszerhez az új csővezeték kapacitása
milyen mértékben változtatandók az üzemeltetési feltételek, melyek a bővített rendszer legkedvezőbb üzemeltetési feltételei
A rendszerfejlesztési döntések köre
• Az új távvezeték kapcsolódási pontja • Az új távvezeték átmérője
• Az új kompresszor állomás helye • A kompresszorok száma teljesítménye • Nyomásszabályozás módja
• Gázáram szabályozás módja • Csomóponti kapcsolódások
• A tárolók és a szállító rendszer együttműködése • Az új kapacitás illeszkedése a kapcsolódó hálózathoz • Az új kapacitás kihasználásának időbeli felfutása
Csőtávvezetékek építésének részműveletei
• Nyomvonal előkészítés
• Csőszállítás (depónia, nyomvonal) • Hegesztés (depó, nyomvonal) • Csőhajlítás
• Vonali árkolás • Szigetelés, fektetés • Takarás, tereprendezés • Út-vasút keresztezés
• Kisvizes, nagyvizes műtárgyak építése • Csővezeték belső tisztítása
• Vonali szerelvényezés • Állomások szerelése • Nyomás próba
• Magas- és mélyépítési munkák a vonalon és az állomásokon • Katódvédelem, erősáramú ellátás és hírközlés kiépítése
A földgáz fogyasztás ingadozásának jellegzetességei és a kezelésének eszközei. Európa földgáz ellátásának forrásai, jövőbeli fejlesztési lehetőségei.
Földgázszállító rendszerek üzemeltetése
A várható napi csúcsigénynek megfelelően kell a hazai termelés és az import források átvételi ütemét valamint a földalatti gáztárolók kisütési programját meghatározni
A földgáz felhasználás ingadozása
Szezonális ingadozás
A felhasználás kb. 70%-a a téli félévre, 30%-a a nyári időszakra esik, ellensúlyozza a különbséget a földalatti tárolók nyári töltése (2:1 arány 3,5:1…4:1 arány helyett)
Napi ingadozás
Fogyasztói szokások, munkaidő és pihenőidő váltakozása következtében reggeli és esti csúcs
A kőolaj ellátás globális rendszere, módszerei és a fő szállítási útvonalak, a szállítás kockázatai.
Termelés
A legnagyobb olajkészlettel rendelkező régiók: - Közel-kelet, Szaud-Arábia
- Venezuela - Oroszország
(valamennyi politikailag instabilnak nevezhető)
Szállítás
50-50%- ban kőolaj vezetékeken és tengeren
A kőolaj szállítás kockázatai
A világ kőolaj termelésének a felét tengeren szállítják, a Hornuzi szoroson naponta 17 millió hordó olaj halad át, miközben az elmúlt 20 év során több mint 200 óriás tankhajó süllyedt el. (A tankerekből kiömlő olaj az óceánok olajszennyezettségének 7,7% -át adják). Mindemellett terroristák támadják az olajtankereket és nemcsak a különösen veszélyes szorosokban, de a nyílt tengereken is.
A csővezetékek a biztonságosabb szállítási módszernek minősülnek, ám hosszúságuk miatt nehéz őket is nehéz védeni.
Elmondható, hogy ezen okok miatt a biztosítási költségek extra mértékben megdrágultak, amivel a kőolaj világpiaci ára is megnőtt.
A villamos átviteli hálózat szerepe, az átviteli feszültség növelésének jelentősége, a nagyobb feszültségszinteken fellépő problémák és kezelésük módszerei.
Az átviteli hálózat szerepe
A villamosenergia termelés nem a felhasználási helyen történik, hanem attól akár több száz, extrém nemzetközi esetekben akár több 1000 kilométerre. Az alaphálózat feladata ezen távolságok áthidalása, az elosztóhálózatok megtáplálása, a folyamatos rendelkezésre állás, a feszültség minőségi paraméterek, a terhelésbecslés és a szükséges forrás folyamatos
biztosítása.
Az alaphálózat eszközei a nagyfeszültségű távvezetékek, a csomópontokban lévő alállomások, valamint e berendezéseket irányító, központosított irányítástechnikai és üzemirányítási rendszer.
Az átviteli feszültségek növekedésének jelentősége
A minél magasabb feszültség szinten üzemeltetett hálózat vesztesége kisebb. Ennek oka, hogy egységnyi teljesítményt magasabb feszültségszinten kisebb árammal lehetséges átvinni, míg az átviteli elemek vesztesége mind az áram értékével és az átviteli úttal arányosak.
Ennek köszönhetően a villamos energia nagyobb távolságokba is kisebb veszteséggel
szállíthatóak. Megjegyzendő, hogy a magasabb feszültség szint magasabb szintű technológiai elvárásokkal valósíthatóak meg, ezért az optimális szint kiválasztása nem csupán műszaki, de gazdasági szempontból is vizsgálandó.
Az átviteli feszültség növekedésének következményei
Nagyobb zárlati áramok és kapcsolási túlfeszültségek megnövekedése, új
technológiájú (SF6 gázos ívoltóval felszerelt) kapcsoló-berendezések megjelenése
Korona kisülések okozta problémák kezelése, új szigetelő technológiák Az átütési szilárdságok figyelembe vételével nagyobb szigetelőláncok és
tartószerkezetek építése
Nagyobb beruházási költség megjelenése, átviteli távolságokhoz illesztett
feszültségszintek
A szabadvezetékek folyamatos üzemeltetését veszélyeztető környezeti/éghajlati hatások és az ellenük való védekezés lehetőségei.
Környezeti hatások, nyomvonal kisajátítási problémák
Elektromágneses terek hatása Rádió, TV zavarás
Hallható zaj
Földáramok és korróziós hatások
Korábban hasznosításba vont földek kisajátítása a nyomvonalak és az alállomások
számára
Tájkép romboló hatás
Szabadvezetékek védelme extrém éghajlati hatásokkal szemben
A szabad vezetékek mechanikai szilárdságát meghatározó klimatikai eredetű terhelések: szélterhelés, jegesedés, szél és jég terhelés együttes hatása (bizonytalanságok)
A szabad vezetékek öregedési folyamataiban is jelentős szerepe van az éghajlati hatásoknak (pl. napsugárzás, csapadék, átlagos szél stb.)
A villamos távvezetékek jövőbeli fejlődési irányai. A meglévő távvezetékek átviteli teljesítményének növelési lehetőségei
Áramterhelhetőség növelésen alapuló megoldások
K orszerűbb sodronyok alkalmazása, az üzemeltetési módszerek fejlesztése
A távvezeték szerkezeti változtatása
Átviteli feszültség növelés, vezeték kompaktizálás
FACTS (Flexible AC Transmission Systems)
Ez gyors feszültség-szabályozást, aktív hálózat-vezérlést és teljesítmény szabályozást igényel az energiaellátó rendszerektől. A fő cél az, hogy minimálisra csökkentsék a szűk keresztmetszeteket a már meglévő átviteli rendszerekben, javítsák az energia ellátást, a rendelkezésre állását, növeljék a megbízhatóságát, és a stabilitását.
Nagyobb léptékű átalakítások
Áttérés egyenáramra, smart grid technológiák alkalmazása
A villamos energia rendszerek nemzetközi együttműködéséből származó előnyök. Villamos energia rendszerek nemzetközi összekapcsolása
Kezdetben üzemzavari kisegítéssel a tartalékolási igények csökkentése
Kereskedelmi szállítások: a teherelosztó az optimális terhelési menetrendet az import
figyelembevételével állítja össze
Közös európai villamos energia piac kialakulása: hektikus nemzetközi szállítások
Automatizált valós idejű átviteli kapacitás előrejelzés - a kereskedelmi szállítások
lehetőségei javulnak
Rendszerszintű szolgáltatások
• A villamos energia termeléssel, szállítással és elosztással járó járulékos funkciók: a
hálózati frekvencia és feszültség szabályzás, az üzemzavarokat megelőző és elhárító tevékenységek ill. képességek (black start, Power System Stabilizer)
• Tartalékok: a villamos energia tárolásának technológiai feltételei korlátozottak, a
fogyasztás előre nem látható változásának követésére és az üzemzavarok esetére a villamos energia rendszernek megfelelő nagyságú tartalékkal kell állandóan rendelkeznie
• Primer tartalék: a forgótartaléknak a frekvencia változás esetén automatikusan
felhasználásra kerülő része ( kb. 1% )
• Szekunder tartalék: a fogyasztás változását és a csereteljesítmény szaldó előírt értéken
tartását szolgálja, a forgótartalékból és gyorsan (15 percen belül) indítható gázturbinák teljesítményéből áll. Nagysága egyenlő a legnagyobb erőművi blokk teljesítményével
A hő fogyasztás szerepe a teljes energia felhasználásban, a távhő szolgáltató rendszer alkotó elemei, a fűtőközeg kiválasztásával járó előnyök és hátrányok.
Az energia felhasználás jelentős része hőfogyasztás (pl. fűtés, használati melegvíz) formájában történik. Az EU energia felhasználásának 48%-át fűtésre fordítják.
Távhő
Az a hőenergia, amelyet a hőtermelő létesítményből hőhordozó közeg alkalmazásával távhővezetéken a fogyasztási helyre eljutatnak.
A távhő szolgáltató rendszer alkotói
Hőtermelés: termelő berendezések Hőszállítás: távhő vezeték hálózat Hőátadás: hőközpontok
Hőfogyasztás: hőigény meghatározása Háromszintű szabályozás
Hőszállítás-a fütőközeg kiválasztása
Gőz: általában technológiai igények esetén Forró víz 120-130 °C hőmérsékleten
Meleg víz 110 °C-nál kisebb hőmérsékleten
A fütőközeg hőmérsékletét az egész távhőrendszerre kiterjedő műszaki-gazdasági elemzés alapján kell meghatározni.
A forróvizestávhőrendszer előnyei/hátrányai
Előnyei
- Nagyobb fajlagos villamos energia termelés - A kondenzátum a hőforrásban marad
- A hőközponti hőmérséklet vagy tömegáram szabályzás egyszerűbb - A gőzrendszerre jellemző kondenzátum veszteségek elmaradnak - Kedvezőbb hőtárolási lehetőség
Hátrányai:
- A szivattyúzási munka lényegesen nagyobb - Nagyobb a meghibásodás lehetősége
Az energia ellátás megbízhatóságával szemben támasztandó követelmények és az ellátás folyamatosságának biztosítására alkalmazandó eszközök és módszerek.
A villamosenergia rendszer megbízhatósága
A villamosenergia rendszer jellemzője, amely a fogyasztóknak a szabványos
követelményeknek megfelelő és az általuk igényelt mennyiségben történő ellátásnak fokát méri.
A megbízhatóságot jellemző szokásos mérőszámok:
Az üzemzavarok során érintett fogyasztók száma / összes fogyasztó szám (MEH 1 vagy
SAIFI).
Fogyasztónkénti üzemzavari kiesési idők összege / összes fogyasztó szám (MEH 2 vagy
SAIDI)
Üzemzavarok során kiesett villamos-energia, a rendelkezésre álló energia ezrelékében.
Az ellátás megbízhatóságának pillérei
A termelés, szállítás, elosztás megfelelősége, a rendszernek az a képessége, hogy a várható
fogyasztási igényeket a tervezett és racionálisan megengedhető üzemzavari kiesések figyelembe vételével is ki tudja elégíteni.
Belső és külső hatásokkal szembeni biztonságaa rendszer képes a tartalékok mozgósításával a hirtelen felmerülő termelési vagy üzemzavari változásokat a termelés és a fogyasztás
egyensúlyának megzavarása nélkül kiszabályozni.
Az ellátás megfelelőségét biztosító tényezők
Biztosítani kell a fogyasztói igények megfelelő és biztonságos ellátásához szükséges
kapacitású létesítményeket
A primer energia hordozókhoz alkalmazkodó technológiai portfólió Megfelelő átviteli és elosztó hálózat
Beruházás ösztönző szabályozási környezet, sikeres piaci működés
A villamos energia hálózatok megfelelőségét rontó fejlemények
A termelő kapacitások növekedésétől elmaradó hálózat fejlesztés A piacnyitás után megnövekedett szállítási feladatok
„Ne az én kertemben szemlélet”
A meglévő vezetékek átviteli kapacitásának korlátozott mértékű növelése
Megelőzés vagy kárcsökkentés?
A nagy üzemzavarok előfordulása elfogadható ráfordításokkal nem kerülhető el Az alapvető rendszer funkciók fenntartása, a túlélési képesség növelése kisebb
társadalmi ráfordítással megoldható
A nagy rendszer üzemzavarok kockázata csökkenthető
A kritikus üzemállapotokban terhelés csökkentési lehetőségek biztosítása Jobb koordináció a szomszédos rendszerek között
A távvezeték nyomvonal karbantartásának megszigorítása Monitoring és diagnosztika
Beépített alkalmazkodó képesség, intelligens hálózatok Felkészülés a kárcsökkentésre és a kárelhárításra
A környezeti kockázatelemzés szerepe az energetika fejlesztési döntéseinek előkészítésében.
Környezeti kockázatelemzés
„A kockázat egy nem kívánatos esemény bekövetkezésének objektív bizonytalansága” A kockázat nagyságát valamely veszély bekövetkezésének valószínűsége és az általa kiváltott következmények súlyosságának a mértéke fejezi ki:
R(x)=P(x)*D(x)
A kockázat becslés részfeladatai
Mi történhet?
Milyen valószínű, hogy megtörténhet? Melyek a következmények?
Fontos fogalmak: veszély forrás, sérülékenység, rugalmas ellenálló képesség
Az új energetikai beruházások fő hajtóerői. A piacnyitás hajtó erői
Globalizáció erősödése, globális verseny feltételek EU energia forrásainak korlátozottsága
Az kiöregedő energia szektor hatékonyságának korlátai Az EU versenyképességi hátránya
Minőségi szolgáltatás igénye
A környezetvédelmi szempontok fokozott érvényesülése Új szereplők megjelenése
A jövő energetikai beruházásainak fő hajtóerői
• A növekvő globális energia igény elsősorban a feltörekvő gazdaságokban • Nehezebb hozzáférés a természeti erőforrásokhoz
• Emelkedő fosszilis tüzelőanyag árak
• A klímaváltozás megelőzésére irányuló törvényi követelmények szigorodása • Technológiai innováció
• A kiöregedő létesítmények lecserélése • Növekvő befektetői várakozások
2.3 HÁLÓZAT FELÜGYELETI RENDSZEREK Dr. Kádár Péter PhD
Az alállomási mező fogalma, gyűjthető adatok, az alállomási időszinkron szerepe. Alállomás
Az erőművekben termelt és a távvezetékeken szállított villamos teljesítmény továbbítását végző hálózat csomópontja, mely a bejövő teljesítménynek a hálózat ágai közötti elosztására, illetve feszültségének (ezzel együtt áramának) fel- és letranszformálására szolgál.
Alállomási mező
Az alállomás egy tipizált szegmense az alállomási mező. Egy alállomás több és több fajta mezőből épül fel. Tartalma mezőtípustól függ.
Alállomási mező típusok
Távvezetéki mező, Transzformátor mező, Leágazási mező,
Sínbontó mező, Sínáthidaló mező,
Erőművi betápláló mező, Söntfojtó mező,
Segédsín mező, Mérő cella, stb.
Primer technológiáról gyűjthető információk
Számlálók lekérdezése és kezelése – megszakító működés Kétállapotú, egybites jelzések – kismegszakító működés Négyállapotú, kétbites jelzések – kapcsoló állás
8 bites pozíciójelzések – transzformátor fokozat
Skálázott vagy normalizált mérési értékek – „a mérések” Lebegőpontos mérési értékek - „a mérések”
Védelmi események
Vezérlések ellenőrzött, kétfázisú kiadása - működtetés
Az alállomási időszinkron szerepe
Az eseményrögzítés, zavaríró és elszámolási mérések alállomási és távoli adatok lekérdezésének pontosságát időszinkronozással kell biztosítani úg y, hogy az egységes
időalaptól való időeltérés nem lehet nagyobb ±1 ms -nál. Ennek az utólagos kiértékelésekben van nagy szerepe.
Az elosztóhálózati automatizálás, a TMOK megoldás.
A villamosenergia rendszer egyik legkiterjedtebb része az elosztó hálózat. Az elosztóhálózati automatizálás célja, hogy egy esetlegesen előforduló hibát mihamarabb kiszakaszolhassunk és az ép hálózatrészt elláthassuk.
TMOK
A távműködtetésű oszlopkapcsoló elsődleges feladata, hogy a hibás szakasz kereséséhez végzendő próbakapcsolásokhoz szerelői jelenlét nélkül, távolból végzett leválasztásokat eszközölhessünk. A mai üzemzavar elhárítási technológia a felezéses stratégia.
Felezéses stratégia
Az alállomási védelem által kikapcsolt vonalat a fogyasztói súlypontban megfelezve a hálózatot megtápláljuk. Amennyiben a védelem nem reagált a vonal azon szakaszán van a hiba, amely le lett választva. Az így feszültségmentesített hálózatrészt újra megfelezve a hálózaton újra „próbakapcsolás” végezhető. Ez a folyamat addig tart, míg a lehetséges hálózatrész szerelői bejárással végig nem követhető.
A leírt kapcsolásokhoz mindezidáig szerelői jelenlétre volt szükség, melynek útideje a rendszer segítségével megtakarítható. Ez, egy kiterjedtebb vonal esetében akár órákban is mérhető üzemzavaronként!
Zárlatjelzők
Sajnálatos módon, a ma használt zárlatjelző készülékek megbízhatósága nem elfogadható. A zérlatjelző készülékek az üzemirányítási központokba küldenek táviratot amennyiben egy előre beállított áramérték áthalad rajtuk. Ezzel a zárlati áram útja végigkövethető és a felezési idő nagyságrendekkel csökkenthető.
TMOK-k mint zárlatjelzők
A TMOK-k a zárlatjelzőkkel ellentétben biztos kommunikációs csatornán (GPRS) és nagy megbízhatóságú mérési eredményeket továbbítanak, mellyel nem csak a zárlati áramok útját, de egy esetleges vezetékszakadást is azonosítani lehet. Ezen felül üzemviteli információkkal is szolgál, mivel nem csupán egy bizonyíos szint felett küld zárlati riasztást, hanem relatív pontos áram és feszültség értékekkel is ellátja az üzemirányítót.
Iparági adatkapcsolati feladatok, fizikai adatátviteli közegek, rádiófrekvenciás adatkapcsolatok szerepe a VER irányításában. A PMU.
Az átviteli hálózat biztonságos üzemeltetéséhez, tervezéséhez szükséges az alállomások primer technológiából, védelmektől, mérésektől származó adatainak továbbítása a felsőbb
irányítási szint felé.(ÜIK, KDSZ, MAVIR)
Fizikai adatátviteli közegek
telefon-, telexvonal koax-kábelek, rádióhullámok lézer
üvegszálas optikai kábelek műhold
TVF (Távvezetéki VivőFrekvenciás összeköttetés) Mikrohullámú összeköttetés
Csomagkapcsolt rendszerek (SMS, GSM, GPRS, Wifi)
Rádiófrekvenciás adatkapcsolatok szerepe a VER irányításában
Az elosztók egyirányú hosszúhullámú rádiófrekvenciás körvezérlés segítségével központilag vezérlik a villamos hőtárolós berendezéseket(jellemzően bojlerek és fűtési rendszerek) úgy,
hogy azokat a terhelési mélyvölgy időszakokban bekapcsolva teszik egyenletesebbé a hálózat terhelési menetrendjét.
Alállomásokban kapcsolási műveletek végrehajtásánál az ultra rövid hullámú rádiós (URH) rendszert használják. Korábban használták beszéd kommunikáció, ill. mérési adat, és védelmi jelek továbbítására is, de bizonytalan és nem biztonságos kommunikáció.
PMU – Phases Measurment Unit
Nagy kiterjedésű hálózatok esetében az energia áramlásának irányait a különböző
vezetékeken nem egyértelmű meghatározni. Azonban, az energia áramlás közel arányos a csomópontok vektoriális szögkülönbségével. Az egyes teljesítmény áramlásokon kívül, ún. teljesítmény lengések is detektálhatóak a módszerrel.
A megoldás alapfeltétele a mérési pontok egységes időszinkronja, melyet GPS technológia segítségével valósítanak meg.
Megjelenítési feladatok, megjelenítő eszközök, grafikai módszerek. Az iparági megjelenítésnek a fő mozgató rugói
Az üzem és biztonság fenntartása Szabályozások felügyelete
Kapcsolási programok lebonyolítása Szállítások biztosítása
Hibák, üzemzavarok elhárítása
Megjelenítési feladatok Áttekintés Részletinformációk keresése Összehasonlítás Csoportosítás Számítás Trend felismerés Kapcsolat felismerés, stb.
Általános szempont a fókuszálás, a vonalak folytonossága, esetleges csoportok
megkülönböztethetősége, a relatív méretek felismerése, és a horizontális és vertikális elemek dominanciája.
Megjelenítő eszközök
Séma kép, séma tábla: Egyszerű, manuálisan frissülő, de jó átlátást biztosít Aktív séma: néhány egyszerű állapotot, és mérési értéket kijelez
Vetített séma: Általában kivetítővel (projektorral) nagy kép kivetítve aktuális
információkkal
Diszpécseri munkaállomás: célja, hogy diszpécserenként 2-8 monitoron keresztül a
teljes rendszer egésze és részelemei is elérhetők
Mérnöki munkaállomás: 2-4 helyi monitorral rendszerparaméterezés, állomás
konfiguráció, tervezés, és diszpécseri kijelzés elkészítése.
Grafikai módszerek alap típusai
Elhelyezkedést bemutató megjelenítés Táblázatos megjelenítés
Grafikon jellegű megjelenítés Komplex (elöző három keveréke)
Elhelyezkedést bemutató megjelenítés
Térképes megjelenítés Sémakép
Logikai vagy fizikai kapcsolatot ábrázoló kép 2D/3D- perspektivikus nézet
Grafikon jellegű megjelenítés
2D/3D perspektivikus nézet Több skálás
Iparági SCADA rendszerek. A 61850-es protokollcsalád. A SCADA rendszerek főbb funkciói
Séma megjelenítés, állásjelzés- és mérés megjelenítés, t ávműködtetés, alarm és nyugtázás, archiválás, határérték figyelés, naplózás, stb.
A VER által használt SCADA rendszerek
MAVIR: ZEUS (PROLAN) Elosztói engedélyesek:
A 61850-es protokoll
A korábbi, eszköz-mezőgép-fejgép
technológia hátránya volt, hogy valamennyi fejgép felől vezetékezni volt szükséges a fejgép felé. Mindemellett a különböző gyártmányú informatikai eszközök kompatibilitási problémákat jelentettek. Ezzel szemben a 61850 azt írja elő, hogy a mezőgépek egy k özponti BUS rendszerre felvéve, egy ethernet alapú kommunikációs csatornán kommunikáljanak a fejgéppel és mindezt szabványosított protokollon
keresztül.
E rendszer előnyei:
Nagyobb rugalmasság és képesség, Csökken a telepítés és konfiguráció,
Jobb együttműködés különböző gyártók között, Alacsonyabb telepítési költség,
Kisebb manuális beavatkozás, és kisebb emberi tévedés, Leíró fájlok a kommunikációban,
Szabványosítás megoldott,
Felügyelő rendszer telepítés lépései. Alállomási irányítástechnika létesítése.
Feasibility study, azaz megvalósíthatósági tanulmány – 1 év Rendszertervezés – 1 év
Primer/szekunder rekonstrukció – 1-3 év Építészeti kialakítás – 1-3 év
Távközlési tervek, rendszerek – 1-2 év
SW tervezés, testreszabás, paraméterezés – 2 év HW/SW telepítés – 1/2 év
Rendszerélesztés – ¼ év Tesztelés – ¾ év
Üzemelés, upgrade – 5-10 (15) év Új rendszer előkészítés
Elszámolási és az üzemirányítási mérések állapotbecslés, hálózati veszteségek. Üzemirányításimérések jellemzői
On-line, sűrű kommunikáció
Nagy a mintavételi sűrűség vagy változásra érzékeny kommunikáció Mérési hibák magasabbak
Fő célja az állapotbecslés és az üzemirányításhoz szükséges információk gyűjtése
Állapotbecslés
A súlyozott legkisebb négyzetek módszerét szokták alkalmazni (WLS)(Weighted Least Square) [Valós mérési vektor]=[Ideális érték vektor - Hiba vektor]
[HTR -1H][Δx]=[HTR -1][z-h(x)]
Az állapotbecslés program algoritmusa a súlyozott legkisebb négyzetek módszerén alapszik. Az egyenletrendszert a munkapont körüli linearizálás után Gauss eliminációval oldja meg. A hibás mérések kiszűrése menet közbeni súlyozással történik.
Elszámolási mérések jellemzői
Off-line, napi egyszeri kommunikáció Kis mintavételi sűrűség (15-30 perc)
Joghatással járó mérés így hitelesítés szükséges Számlázásra alkalmas
Elszámolási mérőt a piaci szereplők közötti költség elszámolásra, megosztásra használják. Felszerelésnek helye:
Termelőknél, Fogyasztóknál, Határkeresztezésnél,
Áramszolgáltatói átadás/átvételnél
Deregulált piaci szereplők
Energia termelők, Szállítók, Független rendszerirányítók, Elosztók, Kis és Nagyfogyasztók, Nagykereskedők, Versenypiaci kereskedők, Áram tözsdei szereplők és Egyetemes szolgáltatók.
Elszámolási mennyiségek:
Energiamérés: Hatásos, meddő ad-vesz irányú energia - Meddőenergia (négy
negyedben Q1..Q4)
Menetrendmérés: Hatásos ad-vesz irányú teljesítmény Szaldómérés
Tarifális mérés: tarifális bontásban energiák és teljesítmények
Hálózati veszteségek
Hálózati veszteségnek hívjuk a termelői és a végfelhasználói mérések közötti különbséget. A hálózati veszteség két nagy csoportra bontható:
Műszaki üzemeltetésből adódó veszteség Nem műszaki jellegű veszteség
A műszaki üzemeltetés a hálózatban található soros és párhuzamos elemek vesztesége. A veszteség mértéke arányos az alkalmazott technológiával és a hálózat életkorával.
A nem műszaki jellegű veszteség áll az adminisztrációs hiányosságokból és hibákból, és a szabálytalan vételezésből adódó veszteségekből.
Villamos energia tőzsde. A Smart hálózat tulajdonságai, Smart mérések. Villamosenergia tőzsde
A
villamosenergia-termelés és felhasználás sokszor nem esik egy országon belülre (például Magyarország is villamosenergia-importőr, az éves felhasználás 10-20%-át import adja), ami az országhatárokon átnyúló kereskedelem szükségességét jelenti. Mindezek pedigmegteremtették az igényt a megfelelő teljesítési/elszámolási garanciával bíró határidős villamosenergia- kereskedelemre, ami tipikusan az energiatőzsdéken valósul meg. példa az Európai Unióban létrejött energiatőzsdékre. Magyarországi tőzsde:: HUPX
Smart grid és metering
A smart hálózatokat olyan intelligens elemek alkotják, melyek kétirányú kommunikációval rendelkeznek, és önálló intelligenciával ruházzuk fel őket. A smart grid eszközök jelenleg még csak pilot projectekben léteznek, kivéve, ha nem tekintjük a TMOK-kat és az ETM-eket is e filozófia részének. Ugyanis megoszlik a vélemény, hogy a centralizált intelligencia smart gridnek minősül-e. Mindemellett a hálózati telemechanikák működtetéséről még mindig nem automatizált döntési rendszerek, hanem az üzemirányítás dönt.
A széles körben elfogadott elképzelés szerint, a hálózaton lévő eszközöknek kommunikálnia kell egymással (akár egy központi rendszeren keresztül) és saját megának döntéseket kell tudnia hozni. Ahhoz azonban, hogy az üzemirányítás ek kora felelőséggel ruházzon fel egy eszközparkot, még jó néhány év/évtized munkája szükséges még. Ám a mai szolgáltatás biztosan teljesen át fogja rajzolni:
On-line load-flow alkalmazásával csökkenti a hálózat veszteséget
A smart metering hatásának következtében lehetetlenné válik az illegális vételezés,
így tovább csökken a hálózati veszteség
Kiegyenlítettebb lesz a nappali-völgy időszak, mely a villamosenergia beszerzésének
árát csökkenti (völgy időszakban az energia olcsóbb)
A jobb hálózati kihasználtság miatt csökkenthetővé válik a drága és időigényes
hálózatépítés
A megújult üzemirányítási rendszerek automatikus hibahely behatárolás és kapcsolási
sorrend felállítás-végrehajtása miatt, a bekövetkezett események felhasználói kiesését minimalizálják, mellyel a hálózat minősége maximalizálható
A kisfeszültségű üzemirányítás új, valós idejű információk lévén soha nem látott hiba
elhárítási időket fog tudni kidolgozni Miért nem valósult még meg?
Egyensúlyi feltételek a VER-ben. Generátorok P-f karakterisztikája. VER irányítási hierarchia. SCADA, EMS funkciók, load-flow
A VER nem képes energia tárolására. Ez azért kritikus, mert ha a pillanatnyi termelés és
fogyasztás nem egyezik meg, akkor a frekvencia nő vagy csökken, attól függően, hogy a termelés vagy a fogyasztás növekedett.
A VER irányítójára hárul az a feladat, hogy a mindenkori egyensúlyt fentartsa. Erre három szintű szabályozás áll rendelkezésére.
A primer szabályozás automatikus és frekvencia változásával jár. A szekundert, az olyan erőművi generátorok
szabályzásával lehet végrehajtani, melyek válaszideje (gradiense) igen rövid (<30 sec). Ezen szabályzások a következők lehetnek:
Meddő teljesítmény / feszültség szabályzás, Hatásos teljesítmény / frekvencia szabályzás
(szinkronizálás)
A tercier szabályozást csak kritikus esetekben alkalmazzák. Ez, előre meghatározott sorrendben fogyasztók lekapcsolását jelenti. A sorrendet hosszas egyeztetések után, a katasztrófavédelmi szervek hozzájárulásával fogadják el az üzemirányítók.
Irányítási hierarchia
1 UCTE (kooperációs EU hálózat) 2: TSO-MAVIR (alaphálózat – 220, 400, 750kV) 3:KDSZ / BVTSZ (Fő elosztó hálózat – 120kV) 4: ÜIK (KÖF – 10-35kV)
5:RDSZ (KIF – 0,4kV)
SCADA funkcióik
Séma megjelítés, állapotjelzés megjelenítés, mérés megjelenítés, távműködtetés, alarm, nyugtázás, archiválás, Naplózás, AGC
EMS funkciók
Energy Management System: Offline/Online, Load-Flow, Zárlatszámítás, kontingencia analízis, U-Q optimalizálás, terhelésbecslés, esemény értékelés, tanácsadó rendszerek
Load Flow
A load-flow számítás feladata a hálózat betáplálási és terhelési állapota (csomópontok hatásos és meddő betáplálási és fogyasztási adatai), valamint a hálózat kapcsolási állapota alapján meghatározni a csomópontok feszültségét, illetve az ágakon folyó hatásos és meddő teljesítményeket. Az on-line load-flow számítás az aktuális üzemállapotra végzett
teljesítményeloszlás számítása. Az eredményeket listákban, illetve a SCADA megjelenítő rendszerén keresztül sémákon jelenítik meg. Az on-line load-flow eredményei segítik a diszpécsert abban, hogy gyors áttekintő képet kapjon a hálózat aktuális üzeméről.
Karbantartási stratégiák, CMMS, KÖFIR / NAFIR és egyéb iparági térinformatikai rendszerek.
Karbantartási stratégiák
Tervszerű Megelőző Karbantartás – TMK (ütemezett)
Egyedi (eseti karbantartás)
Hibajavítás (Hiba esetén javítás)
Állapotfüggő (berendezések állapota szerint sorban)
CMMS rendszer CMMS jelentése Computer Managed Maintenance System
Számítógép vezérelt karbantartási rendszer. Több szoftver található a piacon, funkcióiban nagyon hasonló.
Alapadat nyilvántartás:
1, Berendezés nyilvántartás (műszaki adatok, hely, tartalék alkatrész, korábbi karbantartások) 2, Munkavállalók nyilvántartása (alkalmazottak, szerződéses partnerek, személyes adat,
szabadságáko, betegállomány, szakképzetség)
3, Szállítók (vállalatok, karbantartási szerződések, munkaeszközök ) 4, Naptárak (folyamat időbeli tervezése végezhető e l)
5, Készletek (felhasznált anyagok követése)
Tervszerű megelöző karbantartás funkció
1, TMK követése és elrendelése
Munkarendelés
1, Munkák követése, erőforrások szétosztása
2, Költségek követése, felhasznált erőforrások nyilvántartása 3, Részfolyamatok optimaslizálása
Munkatervező
1, Összefogja a munkaterveket
2, Munkabiztonság követése és nyilvántartása
Biztonsági előírások
Nyilvántartja a biztonsági előírásokat, az egészségre ártalmas anyagokat, a veszélyes (mérgező) anyagok
KÖFIR/NAFIR
Ma már nem használatos a KÖFIR (Középfeszültségű Információs Rendszer ) és a NAFIR (Nagyfeszültségű Információs Rendszer) mely a középfeszültségű (10, 20 és 35 kV)
elosztóhálózathoz készített térkép alapú hálózat-nyilvántartási rendszere volt. Ma már ennek a továbbfejlesztett változata, a GIS alapú rendszerek használatosak erre a célra. A különbség, hogy a KÖF/NAFIR papír alapú kiviteli tervek alapján készült, míg a GIS alapú rendszerek GPS koordinátákra épülnek.
A rendszer tartalmazza az egyes hálózati elemek paramétereit, elhelyezkedését, egymáshoz való kapcsolatait. A mai rendszerek pontosság akkora, hogy a KÖF és NAF üzemirányítás ezen rendszerek adatbázisára épül. (A KIF még várat magára)
