Maciej PAWLIK
Zaawansowane technologicznie bloki energetyczne – Nowe wyzwania
W celu utrzymania stabilności sieci, przy wzroście udziału odnawialnych źródeł energii w produkcji energii elektrycznej, konieczna będzie znacznie większa elastyczność elektrowni konwencjonalnych: węglowych i gazowo-parowych. Brak znaczących mocy w elektrowniach wodnych czy odpowiednio dużych możliwości akumulowania energii (oprócz już istniejących elektrowni szczytowo-pompowych) wymusi konieczność spełniania takiej funkcji przez zaawansowane technologicznie elektrownie konwencjonalne, w tym w dużej mierze przez nowe generacje elektrowni gazowo-parowych. W porównaniu z wcześniej zbudowanymi konwencjonalnymi elektrowniami, współczesne jednostki charakteryzują się większą elastycznością i dotyczy to w szczególności układów opalanych gazem. Wymiana zatem starszych, nieelastycznych elektrowni węglowych o niskiej sprawności, na wysokosprawne i elastyczne jednostki opalane węglem, a zwłaszcza bloki gazowo-parowe, może stanowić efektywne rozwiązanie problemu stabilności sieci, przy jednoczesnym znacznym zmniejszeniu emisji CO2, jak również SO2 i NOx. W artykule scharakteryzowano cechy tych technologii pod względem właściwości regulacyjnych oraz wskazano kierunki dalszych działań dla zwiększenia elastyczności ich pracy. W krajowych warunkach istotne jest zwiększenie udziału w KSE elektrowni gazowo-parowych - ze względu na szybkość i zakres zmian obciążenia oraz czas rozruchu.
Słowa kluczowe: bloki energetyczne, elastyczne bloki węglowe i parowo-gazowe, właściwości regulacyjne
Janusz BUCHTA
Blok węglowy z pełnym i częściowym wychwytem CO2
Wśród rozpatrywanych metod ograniczenia emisji dwutlenku węgla przez energetykę węglową wyróżnić można technologie post-combustion, pre-combustion oraz oxy-combustion. Instalacje post-combustion mogą stanowić kluczowe rozwiązanie dla polskiej energetyki, co wynika z dominacji w naszym kraju elektrowni i elektrociepłowni wyposażonych w pyłowe kotły węglowe. Wśród perspektywicznych technologii separacji CO2 z gazów wylotowych wskazuje się: absorpcję chemiczną, adsorpcję fizyczną, separację membranową oraz metody kriogeniczne. Metody te są w fazie intensywnego opracowywania i badane w instalacjach pilotażowych. Celem obecnie prowadzonych badań jest integracja elementów instalacji CCS, optymalizacja procesu oraz legalizacja łańcucha technologii CCS. W artykule przedstawione zostały wyniki obliczeń symulacyjnych układu cieplnego bloku o mocy 800 MW na parametry ultranadkrytyczne z instalacją wychwytywania dwutlenku węgla metodą absorpcyjną. Dokonano oceny wpływu instalacji zintegrowanej z obiegiem cieplnym na sprawność bloku. Rozpatrzono przypadek całkowitego i częściowego wychwytu dwutlenku węgla. Stwierdzono, że zastosowanie instalacji CCS pociąga za sobą spadek sprawności bloku i wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną przez potrzeby własne, a ponadto powoduje wyższe koszty inwestycyjne, eksploatacyjne stałe i zmienne, co zwiększa koszty produkcji energii elektrycznej. Sprawność bloku wyposażonego w absorpcyjną instalację CCS zależy od rodzaju zastosowanego sorbentu.
Słowa kluczowe: energetyczne bloki węglowe, wychwyt CO2, łańcuch technologii CCS
Andrzej OZIEMSKI, Jarosław JĘDRZEJCZYK
Analiza niezawodności eksploatacyjnej bloków energetycznych zainstalowanych w Elektrowni Bełchatów
Dokonano oceny awaryjności i dyspozycyjności bloków energetycznych opalanych węglem brunatnym zainstalowanych w PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Bełchatów. Badania przeprowadzono na podstawie, zarchiwizowanych w komputerowej bazie danych przez pracowników Wydziału Gospodarki Energetycznej, populacji zdarzeń eksploatacyjnych, zaistniałych od początku pracy elektrowni do końca 2012 r. Dzięki zastosowaniu w bloku 858 MW wysokosprawnych urządzeń, w tym zwłaszcza kotła wytwarzającego parę o parametrach nadkrytycznych, uzyskana została wysoka sprawność procesu wytwarzania energii elektrycznej, co pozwoliło na zminimalizowane zużycia paliwa i w konsekwencji emisji zanieczyszczeń do środowiska naturalnego. Nowa jednostka wytwórcza spełnia wszystkie wymagania prawne obowiązujące w Polsce oraz odpowiednie kryteria Dyrektyw Unii Europejskiej.
Słowa kluczowe: bloki energetyczne opalane węglem brunatnym, awaryjność i dyspozycyjność bloków, sprawność wytwarzania energii elektrycznej w bloku 858 MW
Mariusz PAWLAK, Jacek KARCZEWSKI
Elektrohydrauliczny regulator turbiny TK-120
Przedstawiono prace związane z wdrażaniem i eksploatacją elektrohydraulicznych regulatorów mocy (REH) skonstruowanych w Oddziale Techniki Cieplnej „ITC” Instytutu Energetyki. Regulatory te wdrożono na pięciu blokach 120 MW w jednej z krajowych elektrowni zawodowych. Omówiono budowę regulatora oraz jego funkcje. Przedstawiono doświadczenia eksploatacyjne UAR mocy turbozespołów biorących udział w regulacji systemu elektroenergetycznego (regulacja pierwotna, wtórna i trójna). Zaprezentowano wyniki badań układów regulacji, wyposażonych w REH. Badania te wykonano na rzeczywistym obiekcie (bloki 120 MW), a ich celem była ocena pracy UAR wykorzystujących rozwiązania wdrożone przez „ITC”. Omówiono możliwości przystosowania REH do wdrażanego obecnie w polskiej energetyce systemu LFC (Load Frequency Control). Zastosowanie nowoczesnych układów sterowania komputerowego pozwala na budowę regulatorów elektrohydraulicznych mocy posiadających wiele nowych, użytecznych funkcji oraz prowadzi do poprawy jakości regulacji, zwiększa pewność ruchu i poprawia warunki eksploatacji. Dzięki regulatorom możliwe staje się np. włączenie poszczególnych bloków do układu Automatycznej Regulacji Częstotliwości i Mocy (ARCM) oraz systemu regulacji pierwotnej. Zaprezentowane struktury UAR wykorzystujące zaawansowane techniki diagnostyczne [5,8] mogą przyczynić się do rozwoju technologii wytwarzania energii elektrycznej i eksploatacji bloków energetycznych, poprawiając ich żywotność.
Słowa kluczowe: turbiny kondensacyjne, regulatory mocy, regulatory elektrohydrauliczne
Eugeniusz RUSIŃSKI, Jerzy CZMOCHOWSKI, Artur GÓRSKI, Wiktor SŁOMSKI, Michał PADUCHOWICZ
Identyfikacja stanu wytężenia kanału powietrza pierwotnego fluidalnego bloku energetycznego
Poprawne zaprojektowanie postaci konstrukcyjnej kanałów powietrza oraz ich mocowań jest niezmiernie istotne z punktu widzenia zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości tych urządzeń energetycznych. W artykule przedstawiono wybrane aspekty analizy wytrzymałościowej konstrukcji kanału powietrza pierwotnego doprowadzającego wstępnie podgrzane powietrze pierwotne z wentylatorów do obrotowego podgrzewacza powietrza LUVO. Zbadano również jego przemieszczenia pod kątem weryfikacji poprawności użytych podpór. Na podstawie otrzymanych wyników obliczeń stwierdzono, iż w miejscach, gdzie powstają pęknięcia obiektu rzeczywistego, występują wysokie naprężenia zredukowane wg hipotezy Hubera–Misesa, przekraczające znacząco granicę plastyczności materiału konstrukcyjnego. Niskie wartości przemieszczeń wzdłużnych kanału wskazują na możliwość zbytniego usztywnienia jego konstrukcji wsporczej. Ponadto, ze względu na brak usztywnienia na całym obwodzie wylotu powietrza, następuje nagły spadek sztywności poszycia kanału w tym miejscu. Te obydwa czynniki mogą mieć decydujący wpływ na wystąpienie koncentracji naprężeń poszycia kanału. W celu wyeliminowania wysokich wartości naprężeń należałoby przede wszystkim zapewnić możliwość odpowiedniej kompensacji przemieszczeń w obszarze podparcia wężownicy oraz wprowadzić dodatkowe usztywnienie. Zasadność powyższych zmian należałoby potwierdzić poprzez przeprowadzenie analizy wytrzymałościowej zmodyfikowanego modelu z wykorzystaniem metody elementów skończonych.
Słowa kluczowe: fluidalny blok energetyczny, kanały powietrza pierwotnego, wytrzymałość konstrukcji
Mariusz SUSIK, Andrzej BŁASZCZYK, Adam PAPIERSKI
Optymalizacja komór wlotowych do pomp o osi pionowej
Konieczność optymalizacji komór wlotowych pomp wody chłodzącej o osi pionowej związana jest z zapewnieniem wymaganych warunków napływu wody na wirniki. Warunki te pozostając w ścisłym związku z kryteriami akceptacji napływu wody do pomp podanymi w normie ANSI/HI 9.8-1998. Dotyczą one nierównomierności profilu prędkości na wylocie z komory wlotowej oraz zawirowań wody przed wlotem na wirnik pompy. Niespełnienie tych wymagań skutkować może wahaniem mocy bloku. W artykule przedstawione zostały wyniki porównania geometrii wykonanej i pracującej komory wlotowej z komorą po optymalizacji. Duże różnice parametrów geometrycznych pomiędzy komorą podstawową a zoptymalizowaną sugerują wprowadzenie nadrzędnej funkcji celu, np. kosztów wykonania komór wlotowych. W celu ostatecznego wyboru konstrukcji komory należy ocenić koszty wykonania komór w powiązaniu z efektami poprawy warunków pracy wirników pomp.
Słowa kluczowe: układy wody chłodzącej bloków energetycznych, komory wlotowe pomp wody, optymalizacja komór wlotowych
Andrzej KANICKI, Józef WIŚNIEWSKI
Dobór parametrów wyłącznika generatorowego bloku 1000 MW
Przedstawiono metodę doboru parametrów wyłącznika generatorowego dla bloku o mocy 1000 MW. Dokonano obliczeń normatywnych wielkości zwarciowych w celu porównania ich z parametrami wyłączników. Przeprowadzono obliczenia symulacyjne przebiegu prądu zwarciowego płynącego od generatora i od sieci oraz symulację wyłączania prądu zwarciowego przez wyłącznik generatorowy. Z badań wiadomo, że może wtedy wystąpić zjawisko braku przechodzenia przez zero prądu zwarciowego przez kilka okresów. Utrudnia to przerwanie prądu zwarciowego przez wyłącznik generatorowy. Wykonano obliczenia napięć powrotnych spodziewanych na zaciskach wyłącznika generatorowego. Wykonano obliczenia symulacyjne przebiegu prądu zwarciowego płynącego od generatora oraz symulacje wyłączania prądu zwarciowego przez wyłącznik generatorowy, a także obliczenia napięć powrotnych między stykami wyłącznika przerywającego prąd zwarciowy. Zaobserwowano zjawisko braku przechodzenia przez zero prądu zwarciowego w kilkunastu pierwszych okresach w jednej fazie, co utrudnia jego wyłączanie przez wyłącznik generatorowy. Należy wówczas zwrócić szczególną uwagę na zdolność wyłączania przez wyłącznik takiego silnie asymetrycznego prądu.
Słowa kluczowe: bloki energetyczne 1000 MW, wyłączniki generatorowe, dobór parametrów wyłączników generatorowych
Tomasz KOTLICKI
Poprawa efektywności energetycznej w układzie potrzeb własnych elektrowni
Przedstawiono wyliczenia oszczędności energii wynikające z zastosowania różnych wariantów regulacji wydajności w odniesieniu do głównych urządzeń potrzeb własnych elektrowni. Rozpatrzono urządzenia o różnych charakterystykach przepływowych i większość sposobów regulacji stosowanych obecnie w nowoczesnych instalacjach. Obliczenia przeprowadzone zostały na podstawie rzeczywistych czasowych przebiegów zmienności obciążenia oraz charakterystyki urządzeń dla dużych bloków energetycznych pracujących w krajowym systemie elektroenergetycznym. Obliczone roczne wskaźniki efektywności nie rozstrzygają jednoznacznie, który z wariantów jest najkorzystniejszy. W przypadku pompy wody zasilającej najkorzystniejszym wariantem regulacji jest zastosowanie falownika, a najmniej efektywnym – standardowego sprzęgła hydrokinetycznego. Dość dobre wyniki występują również dla regulacji dławieniowej (praktycznie bezkosztowej), zatem prawdopodobnie ten wariant byłby najkorzystniejszy przy uwzględnieniu kosztów falownika. W przypadku pompy wody chłodzącej różnice pomiędzy wariantami są dość wyraźne. Najmniej energochłonnym jest wariant z falownikiem, a najbardziej – zastosowanie dławienia. Wszystkie warianty regulacji pompy są wyraźnie mniej energochłonne od wariantu dławienia, zatem można założyć, że efekty ekonomiczne w dłuższym okresie będą także korzystniejsze po uwzględnieniu kosztów inwestycji związanych z falownikiem lub sprzęgłem. W przypadku wentylatora młynowego najbardziej ekonomiczną jest regulacja z wykorzystaniem falownika. Pozostałe warianty nie różnią się wiele, zatem najbardziej korzystny może okazać się wariant inwestycyjnie najtańszy – z wykorzystaniem regulacji kierownicami.
Słowa kluczowe: efektywność energetyczna, potrzeby własne elektrowni, regulacja wydajności a oszczędności energii
Andrzej WAWSZCZAK
Zmiennoprędkościowa regulacja wydajności urządzeń potrzeb własnych elektrowni cieplnych przekształtnikami częstotliwości
Przedstawiono, na tle innych metod regulacji wydajności, metodę zmienno-prędkościową (VSD – Variable Speed Drives) realizowaną poprzez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego klatkowe silniki indukcyjne napędzające urządzenia potrzeb własnych elektrowni cieplnych. Skupiono się głównie na napędach średnionapięciowych (6-10 kV) dużej mocy. Przedstawiono aktualną w tym zakresie ofertę czołowych światowych producentów. Oceniono możliwości wykorzystania tego typu napędów w dużych, nowoczesnych elektrowniach blokowych oraz ich wpływ na pracę elektrowni. Śledząc na przestrzeni ostatnich dwóch dekad rozwój dużej mocy napędów przekształtnikowych SN można zauważyć ogromny postęp w ich rozwoju. Wydaje się, że dalszy wzrost zainteresowania „dużej energetyki” tego typu napędami spowoduje ich rozwój w kierunku zmniejszenia kosztów i gabarytów. Szczególne nadzieje należy wiązać z powszechnym zastosowaniem w dużej mocy napędach przekształtnikowych SN półprzewodnikowych przyrządów energoelektronicznych wykonanych na bazie węglika krzemu (SiC).
Słowa kluczowe: elektrownie cieplne, potrzeby własne, regulacja wydajności zmienno-prędkościowa
Marcin SZUNIEWICZ
Zintegrowany system wykrywania i gaszenia źródeł zapłonu dla układu nawęglania Elektrowni Dolna Odra
Opisano Zintegrowany System Wykrywania i Gaszenia Źródeł Zapłonu dla układu nawęglania, zrealizowany w Elektrowni Dolna Odra w Nowym Czarnowie. Jest to nowatorski i pierwszy tego typu w swojej skali system, którego celem jest wyeliminowanie zagrożeń wybuchowych i pożarowych, często pojawiających się w układzie nawęglania elektrowni. System został zainstalowany i wdrożony w 2012 roku, a obecnie rozważa się jego zastosowanie również w innych obszarach elektrowni, np. w tunelach kablowych. System jest zaprojektowany kompleksowo dla całego układu nawęglania, ze szczególnym uwzględnieniem potencjalnych źródeł zagrożeń i rodzaju wykorzystywanego paliwa. System potrafi wykryć różne rodzaje zagrożenia (pożary bezpłomieniowe, źródła ciepła pochodzące od uszkodzonych elementów układu mechanicznego przenośnika.) Poszczególne systemy są zintegrowane, co ogranicza konieczność dodatkowych szkoleń w zakresie ich obsługi przez pracowników. System pozwala na natychmiastowe informowanie obsługi o zagrożeniu, przyspiesza proces decyzyjny poprzez jasne i zrozumiałe komunikaty i procedury programowe, pozwalające na skupienie uwagi obsługi na zagrożonym obszarze oraz jest narzędziem wspomagającym podejmowanie decyzji o akcji gaśniczej. System jest redundantny, tj. w newralgicznych obszarach detekcji i wypracowania decyzji zwiększono jego niezawodność poprzez zwielokrotnienie niektórych elementów (podwojenie serwerów, zwielokrotnienie stacji roboczych, transmisja dwutorowa, połączenia typu "ring").
Słowa kluczowe: elektrownie węglowe, układ nawęglania, automatyczny system wykrywania i gaszenia źródeł zapłonu