Riadenie elektrizačných sústav. Riadenie výkonu tepelných elektrární

Transcript

1 Riadenie elektrizačných sústav Riadenie výkonu tepelných elektrární

2 Ak tepelná elektráreň vyrába elektrický výkon P e, je možné jej celkovú účinnosť vyjadriť vzťahom: el Q k n P e M u k prevodný koeficient jednotiek el. energie na jednotky tepla 1 kwh = kj P e elektrický výkon elektrárne [kw] Q n výhrevnosť paliva [kj/kg] M u spotreba paliva za hodinu [kg/h] η el celková účinnosť elektrárne: el k p tv td m g

3 η k účinnosť kotla: Q k teplo z kotla [kj/h] k Q n Q k M u regulácia kotla: cez množstvo paliva, reguláciou horenia (vzduchom) reguláciou teploty kotla

4 η k účinnosť kotla: Q k teplo z kotla [kj/h] k Q n Q k M u regulácia kotla: cez množstvo paliva, reguláciou horenia (vzduchom) reguláciou teploty kotla η p účinnosť potrubia: Q teplo vstupujúce do turbíny [kj/h] p Q Q k Q k teplo z kotla [kj/h] ovplyvniť cez návrh a monitoring údržba

5 η tv vnútorná termická účinnosť Rankin - Clausovho cyklu: tv q q 1 q teplo premenené na mechanickú prácu q 1 teplo privedené do kotla

6 η td termodynamická (tepelná) účinnosť turbíny: td M M i i k P a k v i i k P a kad ad i a entalpia vstupnej pary do turbíny [kj/kg] i k entalpia výstupnej pary z turbíny [kj/kg] i kad entalpia výstupnej pary pri adiabatickej expanzii [kj/kg] P v vnútorný výkon turbíny [kw] P ad teoretický výkon turbíny [kw] M množstvo vyrobenej pary za hodinu [kg/h]

7 η m mechanická účinnosť turbíny: m P sp P v P ad P sp td M k i i M i i a P sp kad P sp výkon na spojke turbíny [kw] straty trením,... td k P a sp k

8 η m mechanická účinnosť turbíny: m P sp P v P ad P sp td M k i i M i i a P sp kad P sp výkon na spojke turbíny [kw] straty trením,... td k P a sp k η p účinnosť generátora: P e výkon na svorkách generátora [kw] g P P e sp

9 Rovnica tepelnej bilancie kondenzačného turbosústrojenstva bez odberu pary pre požadovaný výkon P e : mechanická práca pary M i a i k 3600 P m g e

10 Rovnica tepelnej bilancie kondenzačného turbosústrojenstva bez odberu pary pre požadovaný výkon P e : mechanická práca pary M i a i k 3600 P Rovnica tepelnej bilancie kondenzačného turbosústrojenstva s odberom pary z turbíny pre požadovaný výkon P e : Vplyv 3600 P odberu e pary M i a i k m g 1 i i m g e

11 Riadenie elektrizačných sústav Riadenie výkonu jadrových elektrární

12 Tepelný výkon reaktora pre 2 - okruhovú elektráreň: P R k t t M c t t I II ch výst vstup k súčiniteľ úmernosti t I stredná hodnota chladiacej látky v primárnom okruhu reaktora t II stredná hodnota chladiacej látky v sekundárnom okruhu reaktora M ch prietočné množstvo chladiacej látky reaktora c merné teplo chladiacej látky t výst teplota chladiacej látky pri výstupe z reaktora t výst teplota chladiacej látky pri vstupe do reaktora

13 Tepelný výkon reaktora pre 2 - okruhovú elektráreň: P R k t t M c t t I II ch výst vstup Regulácia: zmena elektrického výkonu je spriahnutá so zmenou teploty reaktora: ΔM ch cez čerpadlá ΔP e zmena zaťaženia sústavy Δt zmenou ponorenia palivových tyčí

14 Riadenie elektrizačných sústav Riadenie výkonu vodných elektrární

15 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE T P G TR

16 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] T P G TR mení s množstvom vody v nádrži (v čase aj pri využívaní vody)

17 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s]: T P G TR

18 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s]: T P G TR

19 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s]: T P G TR

20 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s]: T P G TR

21 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s]: trvá nejaký čas, kým sa regulácia prejaví!!! T P G TR

22 Výkon vodnej elektrárne: P 9, 81Q H VE Regulácia: H rozdiel hladín pred a za turbínou [m] Q prietok turbínou [m 3 /s] dané konštrukciou: η T účinnosť turbíny T P G TR η P účinnosť prevodu mechanického momentu medzi turbínou a generátorom η G účinnosť turbíny η TR účinnosť transformátora

23 Riadenie elektrizačných sústav Riadenie výkonu veterných elektrární

24 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max 2 3

25 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max 2 3 ρ hustota vzduchu [kg/m 3 ]: vyjadruje množstvo molekúl v jednotke objemu vzduchu, pri normálnom atmosférickom tlaku a pri teplote 15 C jeden m 3 vzduchu váži 1,225 kg, mení sa s nadmorskou výškou, závisí od vlhkosti vzduchu ( zima, leto),

26 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max 2 3 ρ hustota vzduchu [kg/m 3 ]: vyjadruje množstvo molekúl v jednotke objemu vzduchu, pri normálnom atmosférickom tlaku a pri teplote 15 C jeden m 3 vzduchu váži 1,225 kg, mení sa s nadmorskou výškou, závisí od vlhkosti vzduchu ( zima, leto), SEZÓNNY CHARAKTER (malá zmena)

27 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max 2 3 D priemer vrtule [m]: kvadratická závislosť, väčší priemer väčší tlak na materiál pevnosť: kompozitné materiály, súčasnej dobe sa vyrábajú prevažne trojlisté veterné elektrárne s horizontálnou osou Priemer vrtule [m] Výkon [kw] pri 10 m/s

28 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: 2 3 Dolná hranica využiteľnosti v = 4 5 m/s Výkon (kw) m.s -1 Rýchlosť vetra

29 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: 2 3 Optimálna rýchlosť v = m/s Výkon (kw) m.s -1 Rýchlosť vetra

30 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: 2 3 Maximálna rýchlosť v = 25 m/s Výkon (kw) m.s -1 Rýchlosť vetra

31 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: 2 3 Brzdenie elektrárne: - zabrzdením rotora - natočením lopatiek Výkon (kw) m.s -1 Rýchlosť vetra

32 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: vzdialenosť elektrární vo veternom parku 5 až 15 násobok priemeru vrtule turbulencia vetra, 2 3

33 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: vzdialenosť elektrární vo veternom parku 5 až 15 násobok priemeru vrtule turbulencia vetra, KUBICKÁ ZÁVISLOSŤ!!! v (m.s -1 ) k1+ 1,73 1,59 1,49 1,42 1,37 1,33 1,30 1,27 1,25 1,23 1,00 k1-0,00 0,58 0,63 0,67 0,70 0,73 0,75 0,77 0,79 0,80 0,81 k2+ 2,74 2,37 2,13 1,95 1,83 1,73 1,65 1,59 1,54 1,23 1,00 k2-0,00 0,00 0,36 0,42 0,47 0,51 0,55 0,58 0,61 0,63 0,65 2 3

34 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: veľký rozdiel v tom, či k poklesu alebo nárastu rýchlosti vetra o 1 m/s dôjde pri 6 m/s alebo 10 m/s, 2 3 v [m/s] P [kw] ΔP pri Δv = + 1 m/s [kw] ,5

35 Maximálny výkon veternej elektrárne: P 0, 08 D v max v rýchlosť vzduchu [m/s]: veľký rozdiel v tom, či k poklesu alebo nárastu rýchlosti vetra o 1 m/s dôjde pri 6 m/s alebo 10 m/s, 2 3 v [m/s] P [kw] ΔP pri Δv = + 1 m/s [kw] ,5 rýchlosť vetra je taktiež ovplyvňovaná drsnosťou terénu a orografiou.

36 Riadenie elektrizačných sústav Riadenie výkonu fotovoltických elektrární

37 Schéma fotovoltickej elektrárne

38 Schéma fotovoltickej elektrárne Fotovoltické panely každý panel má svoju V-I charakteristiku

39 V-I charakteristika panela

40 V-I charakteristika panela aby panel dosiahol svoj maximálny výkon, potrebuje byť zaťažený menovitým bremenom (záťažou)

41 V-I charakteristika panela vplyv zmeny intenzity žiarenia

42 V-I charakteristika panela vplyv zmeny teploty

43 Výkonová charakteristika panela P P max reálne dosiahnuteľný výkon metóda MPPT

44 Výkonová charakteristika panela meranie z reálnej elektrárne

45 Výkonová charakteristika panela meranie z reálnej elektrárne

46 Výkonová charakteristika panela meranie z reálnej elektrárne

47 Výkonová charakteristika panela meranie z reálnej elektrárne

48 Výkonová charakteristika panela meranie z reálnej elektrárne

49 Schéma fotovoltickej elektrárne Menič DC/DC booster: stabilizuje napätie dodávané panelmi, vstupné napätie: V DC, pri malom vstupnom napätí nefunguje, DC/AC menič: vytvára napätie so skreslením podľa STN

50 Schéma fotovoltickej elektrárne Menič vybavený sadou ochrán (DC: I>, U>; AC: U>, U<. I>>)

51 Schéma fotovoltickej elektrárne Menič vybavený sadou ochrán (DC: I>, U>; AC: U>, U<. I>>) regulácia spínaním výkonových častí (uhol otvorenia α)

52 Schéma fotovoltickej elektrárne Fotovoltické panely + menič panely sú pospájané do vetiev, ktoré napájajú jednotlivé meniče regulácia zapínaním a odopínaním vetiev

53 Schéma fotovoltickej elektrárne Výstupná časť vybavená meraním a transformáciou na napätie siete

54 Schéma fotovoltickej elektrárne Výstupná časť vybavená meraním a transformáciou na napätie siete Pri skrate v sústave dôjde k odpojeniu fotovoltickej elektrárne nemá rotujúce časti dôjde k vypnutiu meniča!!!

55 Riadenie elektrizačných sústav Virtuálne bloky

56 Virtuálne bloky Vznikajú spojením rôznych typov zdrojov. Tieto zdroje môžu byť rozptýlené na veľkom území. Sú spoločne prevádzkované tak, že voči prenosovej resp. distribučnej sústave sa chovajú ako 1 virtuálna elektráreň. Umožňujú využitie prirodzenej fluktuácie vo výrobe OZE potrebné doplniť o spoľahlivý zdroj, ktorý slúži na doregulovanie odchýlky

57 Virtuálne bloky typový diagram virtuálneho bloku (len FVE)

58 Virtuálne bloky typový diagram virtuálneho bloku (FVE + prečerpávačka)