Krzysztof BADYDA, Michał KUŹNIEWSKI
Analiza opłacalności budowy elektrowni jądrowej w Polsce
Budowa elektrowni jądrowej w warunkach sprzedaży energii po spodziewanej cenie na giełdzie nie ma uzasadnienia ekonomicznego. Projekt z pewnością będzie wymagał wsparcia państwa, które prawdopodobnie będzie podobne do mechanizmu brytyjskich Contracts for Difference. Na opłacalność projektu korzystnie może wpłynąć również wprowadzenie rynku mocy oraz duży wzrost ceny uprawnień do emisji dwutlenku węgla, na skutek działań Komisji Europejskiej. Konieczność wsparcia budowy elektrowni jądrowej wynika ze strategicznej pozycji w systemach elektroenergetycznych państw posiadających jednostki nuklearne oraz istotnej roli w spełnieniu wymagań dotyczących dekarbonizacji gospodarek państw Unii Europejskiej. Istotną zaletą są również znacznie niższe tzw. koszty zewnętrzne generacji energii elektrycznej ze źródeł jądrowych niż węglowych. Wsparcie, w postaci gwarancji stałej ceny energii elektrycznej na poziomie 300 zł/MWh, gwarantuje opłacalność projektu z przyjętym modelem finansowania inwestycji. Zdecydowaną większość kosztu energii elektrycznej z elektrowni jądrowej stanowią bardzo wysokie koszty budowy, co pociąga za sobą wysokie ryzyko inwestycyjne. Rentowność inwestycji jest praktycznie niewrażliwa na zmianę kosztów zmiennych w stosunku do scenariusza bazowego.
Słowa kluczowe: opłacalność elektrowni jądrowych, rodzaje wsparcia budowy, koszty zewnętrzne
Sławomir BIELECKI
Problematyka rozliczeń za użytkowanie mocy biernej
Moc bierna jest wielkością techniczną, charakteryzującą obwody elektryczne prądu przemiennego, niemającą swojego bezpośredniego odpowiednika w mechanice. Obecność mocy i energii o charakterze biernym jest konieczne do prawidłowego działania wielu odbiorników energii. Moc bierna jest również wielkością wpływającą na prawidłową pracę sieci oraz systemów elektroenergetycznych i podobnie, jak moc czynna powinna być na bieżąco bilansowana. Przesył mocy biernej może powodować negatywne skutki, w szczególności wpływające na obniżenie sprawności (efektywności energetycznej) dostarczania energii do odbiorców, wyrazem świadomości czego są zapisy w krajowym prawodawstwie z zakresu efektywności energetycznej (Ustawa o efektywności energetycznej). Problem odpowiedniego kształtowania opłat za użytkowanie mocy biernej oraz prowadzenia rozliczeń za pobór i generację mocy i energii biernej w systemie elektroenergetycznym wydaje się być dotąd nierozwiązany. Świadczą o tym krytyczne głosy w stosunku do obecnie stosowanych metod rozliczania, obowiązujące w różnych krajach odmienne sposoby takich rozliczeń, różne propozycje kształtowania opłat, a co więcej różne koncepcje definiowania samego pojęcia mocy biernej. W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia związane z tematyką prowadzenia rozliczeń za użytkowanie mocy biernej, przegląd obecnie stosowanych metod i nowych propozycji, zwracając uwagę na konieczność uporządkowania zagadnienia, zwłaszcza w kontekście wdrażania sieci inteligentnych i rozwoju instalacji prosumenckich, tworzenia konkurencyjnego rynku energii, aktualnej problematyki poprawy efektywności energetycznej oraz racjonalnego gospodarowania energią elektryczną.
Słowa kluczowe: efektywność energetyczna, moc bierna, rozliczenia za pobór i generację mocy biernej
Janusz KOTOWICZ, Marcin JOB, Mateusz BRZĘCZEK
Porównanie różnych struktur zaawansowanej technologicznie zeroemisyjnej elektrowni gazowo-parowej
Zaawansowane technologicznie zeroemisyjne elektrownie gazowo-parowe stanowią technologię pozwalającą na produkcję energii elektrycznej z zerową emisją dwutlenku węgla i wysoką sprawnością. Utrata sprawności względem nowoczesnych elektrowni gazowo-parowych bez technologii wychwytu CO2 wynosi nawet poniżej 5 punktów procentowych. Koncepcja ta wykorzystuje reaktor membranowy, który zastępuje komorę spalania w turbinie gazowej. Reaktor ten realizuje trzy kluczowe funkcje: separację tlenu od powietrza w membranie wysokotemperaturowej, spalanie paliwa oraz ogrzewanie ubogiego w tlen powietrza. Ogrzane powietrze jest rozprężane w turbinie i zasila kocioł odzyskowy. Reaktor membranowy może pracować przy niskim lub podwyższonym poziomie ciśnienia. W pierwszym przypadku spaliny opuszczające reaktor zasilają dodatkowy kocioł odzyskowy, natomiast w drugim przypadku możliwe jest zastosowanie dodatkowej turbiny zasilanej spalinami. Separacja spalin, składających się niemal wyłącznie z CO2 i H2O, jest ograniczona do ochłodzenia i wykroplenia wilgoci. W artykule przedstawiono różne struktury oraz wyniki analiz termodynamicznych elektrowni gazowo-parowych zintegrowanych z reaktorem membranowym.
Słowa kluczowe: elektrownie gazowo-parowe, elektrownie zeroemisyjne, wychwyt CO2, spalanie tlenowe, reaktor membranowy
Tomasz KRESS, Izabella MAJ, Agata MLONKA-MĘDRALA, Marek PRONOBIS
Zalecenia dla projektowania kotłów na biomasę pod kątem ograniczenia korozji chlorowej i zanieczyszczenia powierzchni konwekcyjnych
Omówiono problem wysokotemperaturowej korozji powierzchni ogrzewalnych kotłów podczas spalania biomasy zawierającej chlor. Podano zweryfikowane wzory do obliczania szybkości korozji parownika i przegrzewacza kotła biomasowego oraz wyniki przykładowych obliczeń. Wykazano, że poprzez podawanie glinokrzemianów do paleniska można doprowadzić do wydzielenia chloru z chlorków zanim te dotrą do powierzchni ogrzewalnych, co jest skutecznym sposobem zapobiegania korozji. Dla oceny różnic pomiędzy składem i własnościami popiołu lotnego oraz osadu powstałego na powierzchni wysokotemperaturowych stopni przegrzewaczy kotła biomasowego przeprowadzono badania przy wykorzystaniu pyłowej komory badawczej IMiUE. Badania wykazały, że proces osadzania na sondzie (w warunkach odpowiadających przegrzewaczowi) ma charakter selektywny i preferuje substancje o niższych niż popiół lotny temperaturach charakterystycznych. Efektem tego może być żużlowanie przegrzewaczy. Widać jednocześnie znacznie większe udziały potasu i chlorków oraz siarki i fosforu, co istotnie zwiększa zagrożenie korozyjne. Na podstawie obliczeń i badań opracowano zalecenia konstrukcyjno-eksploatacyjne do projektowania kotłów na biomasę pod kątem ograniczenia korozji chlorowej i zanieczyszczenia powierzchni konwekcyjnych.
Słowa kluczowe: kotły parowe biomasowe, korozja parowników i przegrzewaczy biomasowych, zalecenia konstrukcyjno-eksploatacyjne
Władysław KRYŁŁOWICZ, Stanisław SZWAJA, Grzegorz LIŚKIEWICZ
Konstrukcja małej turbiny parowej typu Elektra dla energetyki rozproszonej
Opisano konstrukcję prototypowej małej turbiny parowej przeznaczonej do pracy w instalacji stacjonarnego silnika spalinowego zasilanego biogazem. Omówiono zasady doboru układu przepływowego (dwustopniowy układ Electra) oraz przedstawiono budowę podstawowych podzespołów konstrukcyjnych. Artykuł zawiera wnioski dotyczące doświadczeń osiągniętych w trakcie projektowania i budowy prototypu.
Słowa kluczowe: mała turbina parowa, silnik spalinowy zasilany gazem, układ przepływowy
Karol MAJEWSKI, Sławomir GRZĄDZIEL
Modelowanie zjawisk przepływowo-cieplnych w rurach gładkich i wewnętrznie ożebrowanych
Zaproponowano modelowanie zjawisk przepływowo-cieplnych występujących w rurach gładkich oraz wewnętrznie ożebrowanych. Proponowany model oparty jest na rozwiązaniu równań bilansowych opisujących zasady zachowania masy, pędu i energii, który pozwala na analizowanie procesów nieustalonych. Jest to model o parametrach rozłożonych. Celem obliczeń jest m.in. wyznaczenie rozkładu entalpii, strumienia masy oraz ciśnienia czynnika wewnątrz rur gładkich i ryflowanych oraz współczynnika wnikania ciepła. Analizie poddano rury w układzie pionowym pracujące przy nadkrytycznych parametrach pary. Otrzymane wyniki obliczeń numerycznych porównane zostaną z wynikami otrzymanymi za pomocą modelowania CFD.
Słowa kluczowe: kocioł na parametry nadkrytyczne pary, rury gładkie, rury wewnętrznie ożebrowane, równania zachowania masy, pędu i energii, obciążenie cieplne
Wojciech OLSZEWSKI, Marek DZIDA
Produkcja energii elektrycznej w ujęciu ekonomicznym
Przedstawiono podstawowe zależności dotyczące analiz techniczno-ekonomicznych związanych z projektami inwestycyjnymi. Ukazano układ kombinowany: silnik o zapłonie samoczynnym – turbina parowa, którego zadaniem jest, dzięki posadowieniu na platformie pływającej, produkcja energii elektrycznej w tzw. systemie rozproszonym. Składa się on z silnika spalinowego tłokowego i skojarzonym z nim układem turbiny parowej, wykorzystującym energię zawartą w spalinach wylotowych silnika spalinowego. Podano założenia i ograniczenia oraz wyniki obliczeń. Wyznaczono poziom produkcji energii elektrycznej w zależności od pracujących bloków energetycznych. Obliczenia przeprowadzono tylko z punktu widzenia kosztów inwestycji oraz eksploatacji. Posłużono się parametrami silników spalinowych wolnoobrotowych firmy Wartsila oraz MAN Diesel&Turbo o mocy około 54 MW, na podstawie których obliczono szacunkowy koszt produkcji 1 MWh energii elektrycznej.
Słowa kluczowe: energia elektryczna, silnik o zapłonie samoczynnym, turbina parowa, elektrownia pływająca
Antoni SALIJ
Problemy eksploatacyjne i efekty modernizacji turbin parowych bloków energetycznych 225 MW
Przedstawiono podstawowe badania cieplne turbin parowych, w tym wykonywane po ich modernizacji. W nawiązaniu do poszczególnych badań omówiono kwestie celu i metodyki ich realizacji. Jako przykład modernizacji turbiny parowej bloku energetycznego 225 MW ukazano zakres techniczny jej unowocześnienia. Porównanie budowy (wymiany części składowych) elementów turbiny przed i po modernizacji przedstawiono graficznie. Wybrane problemy techniczne w czasie rozruchu i użytkowania zmodernizowanych turbin omówiono łącznie z określeniem sposobu postępowania służb remontowo-obsługowych. Efekty modernizacji turbin parowych bloków energetycznych 225 MW zaprezentowano poprzez ich podstawowe parametry oraz wskaźniki techniczno-ekonomiczne.
Słowa kluczowe: turbiny parowe, modernizacja, rozruch i użytkowanie zmodernizowanych turbin
Karol SZTEKLER, Maciej KOMOROWSKI, Kamil WAL
Modelowanie procesu ograniczania emisji CO2 z układów energetycznych
Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) w 2013 roku emisja dwutlenku węgla na świecie wyniosła 35,1 mld ton, czyli o 670 mln ton CO2 więcej niż w 2012 r. Na podstawie udostępnionych danych nadal największym emitentem CO2 na świecie są Chiny z 9,5 mld ton CO2, dalej Stany Zjednoczone z emisją 5,9 mld ton CO2 oraz Indie 1,9 mld ton i Rosja 1,7 mld ton CO2. Polska odpowiedzialna jest za wyemitowanie w roku 2013 około 290 mln ton CO2, co jest o 0,3% więcej w porównaniu z rokiem 2012. Agencja IEA prognozuje, że do roku 2030 światowa emisja CO2 może wzrosnąć o 45 proc. Jest to spowodowane przede wszystkim zwiększeniem konsumpcji energii elektrycznej przez kraje rozwijające się chcące gospodarczo dogonić państwa najbardziej rozwinięte. Należy zwrócić uwagę, że procesy związane z wytwarzaniem energii elektrycznej są odpowiedzialne za aż 40% światowej emisji dwutlenku węgla. W Polsce energetyka oparta jest na węglu i tak w 2013 roku 84% wyprodukowanej energii pochodziło ze spalania węgla, natomiast 3,2% z paliw gazowych. W chwili obecnej nie pracują instalacje do wychwytu dwutlenku węgla w skali pełnowymiarowej. Jednym ze sposobów zbadania wpływu układu wychwytu CO2 na pracę siłowni węglowych przed wykonaniem instalacji przemysłowych jest zamodelowanie jednostki separacji w środowisku programistycznym i skonfigurowanie tak, aby pracował on najefektywniej. W analizie symulacyjnej wykorzystano oprogramowanie IPSEpro, za pomocą którego zamodelowano obieg referencyjny siłowni węglowej pracującej na parametry nadkrytyczne oraz układ separacji CO2. Jednostka separacji bazuje na metodach adsorpcyjnych (post-combustion) i w rozważanym przypadku analizowano technologię separacji PSA (Pressure Swing Adsorption) i TSA (Temperature Swing Adsorption) oraz (Pressure Temperature Swing Adsorption) wykorzystując do wychwytu adsorbenty zeolitowe: naturalne, syntetyczne i syntetyzowane z popiołów lotnych. Po opracowaniu układów włączono jednostkę separacji dwutlenku węgla oraz dokonano jej integracji wraz z urządzeniami niezbędnymi do realizacji procesu z obiegiem parowo-wodnym elektrowni. Uzyskane dane z symulacji komputerowych pozwolą na analizę wpływu jednostki separacji CO2 oraz innych urządzeń potrzebnych do realizacji samego procesu wychwytu CO2 i jego przygotowania do transportu w postaci ciekłej na prace bloku energetycznego.
Słowa kluczowe: emisja dwutlenku węgla, modelowanie jednostek separacji, transport CO2 w postaci ciekłej
Jerzy TRZESZCZYŃSKI
Wykorzystanie analizy awaryjności do zwiększania dokładności prognozowania trwałości rur powierzchni ogrzewalnych oraz poprawy dyspozycyjności kotłów
Nieszczelności rur powierzchni ogrzewalnych kotłów parowych w największym stopniu wpływają na dyspozycyjność bloków energetycznych. Prowadzą do utraty produkcji i są źródłem kosztów napraw oraz usuwania skutków awarii. Awaria to jednak także możliwe źródło informacji i wiedzy, które można wykorzystać do poprawy jakości oceny bieżącego stanu technicznego jak również prognozy trwałości. W artykule opisano takie podejście, które wspierane software’owo może być szczególnie atrakcyjne przy przedłużaniu eksploatacji bloków energetycznych przeznaczonych do pracy regulacyjnej.
Słowa kluczowe: kotły parowe, nieszczelność rur powierzchni ogrzewalnych kotłów parowych
Michał BӦHM, Artur DZIURA, Adam NIESŁONY
Uwzględnienie wpływu odkształceń sprężysto-plastycznych na trwałość obliczeniową wyznaczaną metodą spektralną
Przedstawiono rozszerzone założenia teoretyczne metody spektralnej wyznaczania trwałości zmęczeniowej z uwzględnieniem odkształceń sprężysto-plastycznych. Zagadnienie jest szczególnie interesujące dla przemysłu energetycznego z uwagi na częste występowanie karbów geometrycznych i strukturalnych w konstrukcjach. Przedstawiono propozycję rozszerzenia stosowalności algorytmu wyznaczania trwałości zmęczeniowej metodą spektralną o zakres odkształceń sprężysto-plastycznych.
Słowa kluczowe: odkształcenia sprężysto-plastyczne, metoda spektralna
Janusz DOBRZAŃSKI, Hanna PURZYŃSKA, Mirosław MATUSIK
Badania materiałowe w ocenie stanu i prognozowaniu dalszej bezpiecznej eksploatacji wirników turbin parowych po przekroczeniu obliczeniowego czasu pracy
Omówiono następujące zagadnienia: wybrane wyniki nieniszczących i niszczących badań materiałowych stali wirników turbin ze stali 23H2MF po eksploatacji znacznie przekraczającej 200 tys. godzin.; metodologię oceny mikrostruktury nieniszczącą metodą replik matrycowych elementów wału turbiny TK-120 na przykładzie jego części WP i przyporządkowanie jej stopnia wyczerpania; wybrane wyniki badań niszczących części WP wału turbiny TK-200; mikrostrukturę, skład fazowy węglików, właściwości mechaniczne, próg kruchości i skrócone próby pełzania; wyznaczanie trwałości resztkowej i rozporządzalnej resztkowej.
Słowa kluczowe: wirniki turbin parowych, wał turbiny TK-120
Marek JAWORSKI, Dariusz MĘŻYK
Metoda magnetyczna pomiaru naprężeń instalacji rurociągów energetycznych
Pomiary efektu Barkhausena umożliwiają wyznaczenie zmian poziomu naprężeń w badanym materiale z dokładnością rzędu kilku procent, przy czym błąd bezwzględny wartości wskazanych naprężeń jest większy niż metody tensometrycznej i wynika głównie z ewentualnych różnic między wzorcem a badanym materiałem. Stwierdzono, iż zastosowanie efektu Barkhausena do oceny naprężeń w konstrukcjach takich jak grubościenne rurociągi instalacji ciśnieniowych jest w pełni wykonalne. Celowe jest przeprowadzenie większej serii badań na różnych materiałach z wykorzystaniem obu metod w celu opracowania sposobu pomiaru o pełnej powtarzalności uzyskiwanych wyników badań stanu naprężeń rurociągów pracujących w różnych warunkach obciążeń.
Słowa kluczowe: rurociągi energetyczne, efekt Barkhausena, metoda magnetyczna pomiaru naprężeń
Andrzej KUREK, Tadeusz ŁAGODA, Anna KULESA, Marta KUREK
Przewidywanie trwałości zmęczeniowej stali 15Mo3 w podwyższonej temperaturze
Przedstawiono, zaczerpnięte z literatury, wyniki badań zmęczeniowych stali 15Mo3 przeprowadzone w sześciu różnych temperaturach, od 23 do 500oC. Stosując różne modele odkształceniowych charakterystyk zmęczeniowych wyniki porównano z zaproponowanym w literaturze modelem charakterystyki, który uwzględnia wpływ temperatury na zmianę własności zmęczeniowych materiału w zależności od liczby cykli do zniszczenia.
Słowa kluczowe: stal 15Mo3, badania zmęczeniowe
Andrzej BŁASZCZYK, Adam PAPIERSKI, Mariusz SUSIK, Grzegorz KOŹBA, Mariusz NAWROCKI, Dariusz WOŹNIAK
Modernizacje pomp w energetyce (przykłady)
Omówiono przykładowe modernizacje pomp pracujących w energetyce. Przykładowe modernizacje wykonano w celu poprawy warunków eksploatacyjnych, dostosowania parametrów przepływowych pompy do potrzeb procesów technologicznych, podwyższenia trwałości i niezawodności, podwyższenia sprawności i parametrów przepływowych, czyli wydajności i wysokości podnoszenia pomp.
Słowa kluczowe: pompy energetyczne, modernizacja pomp