1 / 60

Korszerű erőművi technológiák

Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása. Korszerű erőművi technológiák. Fejlesztési irányok. Hagyományos technológiák. Technológiai korszerűsítések Emelt paraméterek. Erőművi hatásfokok - technológia. Gőzerőművek fejlesztése.

hao
Download Presentation

Korszerű erőművi technológiák

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása Korszerű erőművi technológiák

  2. Fejlesztési irányok

  3. Hagyományos technológiák Technológiai korszerűsítések Emelt paraméterek

  4. Erőművihatásfokok - technológia

  5. Gőzerőművek fejlesztése Gőzkörfolyamatokkezdőparamétereinek fejlődése USC 1960-as éves szubkrit. + ÚH SC hőmérséklet entrópia XX. század eleje 1940-es évek szubkrit. ÚH nélkül szubkrit. ÚH nélkül

  6. Gőzerőművek fejlesztése Korszerű szerkezeti anyagok 375/700/720/720 280/630/650 növekvő hatásfok Gőz- jellemzők 280/580/600 240/540/565 (bar/°C/°C) 167/540/540 új szerkezeti anyagok elterjedése ultraszuperkritikus szuperkritikus szubkritikus 1960 1980 2000 2020

  7. Fajlagos beruházási költség CO2leválasztással CO2leválasztás nélkül # = eset Demonstrációs egység megjelenésének éve

  8. Hatásfok alakulása CO2leválasztás nélkül CO2leválasztással Demonstrációs egység megjelenésének éve

  9. Hatásfok várható alakulása Gőz-körfolyamatú szénerőművek CCGT típusú gázerőművek Szénelgázosítós gázerőművek 700°C erőmű Irsching 4 ref. referencia-erőmű ref. A nettó villamos hatásfok várható növekedése Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 9. sz. 2009. p. 28.

  10. USC erőmű hőkapcsolása

  11. USC erőmű szerkezeti felépítése NOx leválasztó (85%) NOx „szegény” égők SO2 leválasztó (90%) pernyelev. (zsákos)

  12. USC erőmű hőkapcsolása

  13. USC erőmű jellemzői Lünen, Németország (üzembelép: 2012) • Tüzelőanyag: szén (porszéntüzelés) • Terhelési tartomány: 35..100% • Teljesítmény: 800 MW • Gőzjellemzők: 270 bar 600/ 60 bar,610 °C • 600 kg/s gőzáram • egyszeres ÚH • turbina: Siemens SPP5-6000 • kazán: IHI Corp. (Japán) • CO2 leválasztás: csak terv szinten

  14. USC erőmű jellemzői Lünen, Németország (üzembelép: 2012) • Hatásfok: 45,6% (alsó fűtőértékre) • Tápvízelőm. végh.: 308 °C (9 fokozat) • Szennyezőanyag kibocsátások: • CO2: 800 g/kWh • NOx, SOx < 200 mg/Nm3 • DeNOx (SCR), FGD (nedves mészköves) • por < 20 mg/Nm3 • elektrosztatikus pernyeleválasztás • Természetes szell. nedves hűtőtorony

  15. USC erőmű Moorburg Erőmű (Hamburg), feketeszénre, 2x820 MW üzembe: 2011 és 2012 266 bar 597°C 276 bar 600°C 50 bar 608°C 610°C 838 MW G 294°C 27 mbar 2 1 5 4 6 8 9 7 3 folyóvíz-hűtés 4 3 2 1 5 8 9 7 5 4 4 2 46°C malomlevegő-hűtés 120 MW távfűtés 183°C 298°C 13,4 MW 95°C

  16. USC erőmű - Gőzturbina

  17. USC erőmű - Anyagok

  18. USC erőmű – Korszerű anyagok Inconel 718 Elem, % Carbon 0.08 max Manganese 0.35 max Phosphorus 0.015 max Sulfur 0.015 max Silicon 0.35 max Chromium 17 - 21 Nickel 50 - 55 Molybdenum 2.80 - 3.30 Columbium 4.75 - 5.50 Titanium 0.65 - 1.15 Aluminum 0.20 - 0.80 Cobalt 1.00 max Boron 0.006 max Copper 0.30 max Tantalum 0.05 max Iron Balance Inconel 625 Carbon 0.010 max Manganese 0.50 max Phosphorus 0.015 max Sulfur 0.015 max Silicon 0.50 max Chromium 20 - 23 NickelBalance Molybdenum 8 - 10 Columbium 3.15 - 4.15 Titanium 0.40 max Aluminum 0.40 max Iron 5.0 max Tantalum 0.05 max • Ni bázisú szuperötvözetek • Inconel 625 • hőm.: 1093 °C-ig • Inconel 718 (ausztenites) • hőm.: 760 °C-ig

  19. IGCC (integrált szénelgázosítás) hő-hasznosító kazán nagynyomású gőz hulladékhőthasznosító kazán gőzturbina szénpor-szárítás kisnyomású gőz szénpor-zsilipek hűtőtorony szénpor-tartály MDEA tüzelőanyag-elem DC – AC gőz szén COS hidrolízis mesterséges folyékony üzemanyag elgázo-sító égő-tér vízkezelő O2 szén-gáz-telítő szétválasztó membrán kén salak-eltávolító FC autó savas gáz malom mesterséges gáz N2 szén He levegőbontó gázturbina letárolás

  20. IGCC (integrált szénelgázosítás)

  21. Rugalmasság-javítás földgáz barnaszén 100% 100% Niederaußem H, 600 MW, 1974 Gersteinwerk F, 420 MW, 1970 75% 75% 50% 50% Száraz barnaszénre (fejlesztés alatt) Lingen, CCGT, 875 MW, 2009 25% 25% 0% 0% min min 0 15 30 45 60 0 15 30 45 60 atom feketeszén 100% 100% Westfalen C, 300 MW, 1969 75% 75% Emsland, 1400 MW, 1988 50% 50% Westfalen D&E, 2x800 MW, 2011 25% 25% 0% 0% min min 0 15 30 45 60 0 15 30 45 60 Forrás:Brennstoff-Wärme-Kraft, 62. k. 11. sz. 2010. p. 51

  22. Rugalmasság-javítás feketeszén (~4%/min) barnaszén (~3%/min) Összehasonlításként: OCGT 20%/min (20-100%) CCGT 6%/min (33-100%) Forrás:Strauss, Karl: Kraftwerkstechnik zur Nutzung fossiler, nuklearer und regenerativer Energiequellen, 2006. p. 329.

  23. Terhelésváltoztatás teljesítmény, MW új feketeszén-erőmű, 1000 MW meglévő feketeszén-erőmű, 1000 MW 70 MW/min 30 MW/min 20 MW/min meglévő barnaszén-erőmű, 1000 MW új földgázerőmű, CCGT, 600 MW 35 MW/min idő, min 23 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 11. sz. 2011. p. 20-28.

  24. Technológiák kombinációja hatásfok, % (GT+szénerőmű Ilyen megoldást használtak a Mátrai Erőműben is.) +2 gázturbina +1 gázturbina hatásfok növelése széntüzelésű blokk teljesítmény növelése terhelés, % Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 11. sz. 2011. p. 20-28.

  25. Kombinált ciklusok Korszerű kombinált ciklusú erőművek Poligeneráció

  26. Háromnyomású kombiciklus

  27. Háromnyomású kombiciklus

  28. Háromnyomású kombiciklus Energetikai jellemzők • teljesítmény: 400 MW (villamos) • hatásfok: 60% • gőznyomások: 98 / 21..28 / 2,8 bar • gőzhőm.: 538..566 / 538..566 / ≈kilépő gáz.

  29. Világrekord hatásfok Irsching 4 SCC5-8000H Mért hatásfok: η = 60,75% Mért teljesítmény: Pn= 578 MW P=609 MW G 600°C 180 bar Duna 6-8 órás állásidő után 30 min alatt teljes terhelésre; a minimum 100 MW-ról 570 MW-ra 35 MW/min-mal. Az E.ON erőművén kívül a Siemens SGT5-8000H gázturbinájára további hét megrendelés érkezett. Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 9. sz. 2011. p. 24-26.

  30. Irsching Forrás: http://www.powermag.com/gas/3972.html

  31. Korszerű kombinált ciklus SiemensGázturbina SGT5-8000H: 340  375 MWη=39%  η=40%;…………………………….CCGT SCC5-8000H-1S: 530  570 MWη>60%  η>60%; nettó földgáz 5 bar, 300°C ~1500°C Irsching4 Erőmű, 2009-ben csak a gázturbina (200 indulás, 3000 üzemóra alatti vizsgálatokkal); Utána 2011-ben az egész CCGT, egy tengelyen, E.ON Kratwerke NOx < 25 ppm, CO < 10 ppm, napi indulások, 50%-ra való leterhelések, GT 15 MW/min, (gy. 35 MW/min). tengely-kapcsoló 19,2 bar G HP IP LP ηG=99% 820 kg/s 625°C 170 bar, 600°C 35 bar, 600°C csapadékvíz-szivattyú csapadékvíz-tisztítás 80°C háromnyomású hőhasznosító kazán földgáz 210°C tápszivattyú Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 9. sz. 2009., p. 13-19.

  32. Korszerű kombinált ciklus indítása indítási idő ~ 30 min 827 MW 762 MW 3000 gázturbinák fordulatszáma gőzturbina fordulatszáma fordulatszám, min-1 2000 gázturbinák teljesítménye 1000 gőzturbina teljesítménye 0 idő, min Forrás: VGB PowerTech,, 90. k. 9. sz. 2010. szeptember p. 96

  33. Gázturbinák teljesítménynövelése A B C füstgáz füstgáz * alternatíva (opció) hő kiadása víz gőz* tüzelőanyag tüzelőanyag tüzelőanyag gőz* égő-kamra égő-kamra égő-kamra sűrítő sűrítő sűrítő G G G turbina turbina generátor turbina generátor generátor víz víz környező levegő környező levegő környező levegő Egytengelyes gázturbina a beszívott levegő hűtésével, belső hővisszanyeréssel (a sűrített levegő előmelegí-tésével) és hasznos hő kiadása kapcsolt energia-termelést lehetővé téve hőt hasznosító kazánnal Egytengelyes gázturbina a hőz hasznosító kazánnal gőzt termelve (Cheng-ciklus) és gőz befúvása a sűrített levegőbe (*) STIG-körfolyamat(SteamInjectedGasTurbie) Egytengelyes gázturbina a belső hővisszanyeréssel, víz előmelegítése, és a sűrített levegő telitett állapotba hozása HAT-körfolyamat(Humid Air Turbine) Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 7/8. sz. 2011. p. 50-53.

  34. MikroCHP - mikrogázturbinával levegő 20°C földgáz 4,6 bar 11 Nm3/h (Hu=10 kWh/Nm3) 514°C távhő 28 kW 811°C G 565°C 65°C 202°C Villamos hatásfok 25% Évi összhatásfok 79% 58 kW 65°C 261°C

  35. Komplex rendszerek Tárolási technológiák Megújulók hasznosítása

  36. Energiatárolás szivattyús tárolós óra levegő tárolós H2 NaS és más akkumulátorok Tárolási formák: a névleges teljesítmény kisütési ideje nagyüzemi energiatárolók elektromágneses szükség- áramforrások szünetmentes áramforrások elektrokémiai perc mechanikus lendkerekes tárolás másodperc kétréteges kondenzátor szupravezetős mágneses a rendszer nagysága

  37. Tárolási technológiák – áttekintés átalakítás tárolás visszanyerés szivattyús villany villany szivattyú medence vízturbina 1 hozzáfolyós természetes hozzáfolyás tároló tó vízturbina villany 2 diabatikus* villany sűrítő kaverna gázturbina villany 3 rátüzelés 4 adiabatikus villany villany sűrítő kaverna gázturbina hőtároló központi H2 villany elektrolízis kaverna CCGT** villany 5 decentral. H2 villany villany 6 staci. TC*** elektrolízis tartály hajtás villamos motor mobil TC járműves 7 villany töltés villany akkumulátor kisütés hajtás villamos motor * diabatikus= külső hőbevezetéses; ** CCGT= összetett körfolyamattal; *** TC = tüzelőanyag-cella Forrás:EnergiewirtschaftlicheTagesfragen, 61. k. 6. sz. 2011. p. 26-31.

  38. Levegőtárolós megoldás Németországban az RWE és a GE közösen épít egy új levegőtárolós megoldást ADELE néven – adiabatikus sűrítéssel levegő tárolása a villamos energia tárolása céljából. A megvaló-síthatósági tanulmány (2007) alapján a szerződést 2010 januárjában megkötöt-ték, és a bemutatóra szánt létesítmény 2013-ra készül el (1 GWh tárolási és 200 MW-os kisütési teljesítménnyel). hőtárolók turbina sűrítő szűrő sűrítés expanzió E C M G termikus energia- tároló levegő be tároló töltés kisütés levegőtároló (kaverna) Forrás: Modern Power Systems,, 30. k. 3. sz. 2010. március, p. 10.

  39. Megújulók+Tárolók Szélpark, csöves nyomottlevegő-tároló, villamos fűtésű sótároló, összetett gáz- és gőzkörfolyamat Opció: 1140°C 780°C gázturbina sótároló 800°C G 780°C Opció: földgáz 538°C 72 kg/s, 300°C 50 MW 60°C levegő sűrítő 100 bar, 500°C M gőzturbina G 115 kg/s, 350°C 0,05 bar 330°C nagynyomású levegő csöves tárolója Tárolási hatásfok: 55% Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz. 2009. p. 25.

  40. Megújulók+Tárolók Szélpark, villamos fűtésű sótároló, gőzkörfolyamat sótároló 600°C 100 bar, 550°C 17,5 MW gőzturbina G 50 MW 0,05 bar A sótárolóval mind az érezhető, mind a rejtett hőt fel lehet venni. A só a szilárd és a folyékony halmazállapot között változik, ezért a tárolót PCM1)-tárolónak nevezik. Ilyen sókeveréket használnak a spanyol Andasol-1 parabolacsatornás naperőmű-nél. Nátrium- és kálium-klorid keveréke 600°C-hoz megfelelő, mert a sónak csak 50%-a kristályosodik. Tárolási hatásfok: 35% 1) PCM = Phase Change Material Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz. 2009. p. 26.

  41. Tárolási technológiák Mechanikus Elektrokémiai Termikus Vegyi Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63 k. 5. sz. 2011. p. 54-62.

  42. Tárolási technológiák fejlődése 2007-ben 2030-ban Megjegyzés:1) diabatikus (külső tüzelőanyaggal) 2) adiabatikus (külső hőforrás nélkül) Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 9. sz. 2010. p. 74.

  43. Megújuló vill. en.  földgáz villamos energia megújuló forrásokból A megújuló forrásokból eredő villamos energia egyenirányítva elektrolízissel vízbontáshoz használható (ma mintegy 70% hatásfokkal). A termelt oxigén leválasztható, de a hidrogén tovább kezelhető. Tisztítás és szárítás után egyrészt bekeverhető a földgáz vezetékébe, másrészt szén-dioxiddal metán állítható elő vele. Az exotherm reakcióból hő adódik, amely hasznosítható. A CO metánosítása hagyományos megoldás a szénelgázosításnál, és itt 250°C felett már 75-85% hatásfokot elértek. A CO2 metánosításával hasonló hatásfokot várnak a kísérleti berendezésekben. A fő feladat a hő elvezetése, a leg-jobb hőmérséklet, katalizátor megtalálása. trafó egyenirányító elektrolízis tápvíz-tároló hőtároló elektrolitszűrő hűtés hidrogén (H2) oxigén (O2) gáztisztító, gázszárító gázsűrítő, gáztároló metánosító opció: közvetlen betáplálás gáztisztító szén-dioxid CO2 GDRM* GDRM* kondicionálás H2 földgázvezeték CH4 *GDRM = gáznyomás-szabályozó és mérő (Gasdruckregel- und Messanlage) Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 7/8. sz. 2011. p. 5-11.

  44. Megújuló vill. en.  földgáz Villamos hálózat Földgázhálózat villamosenergia-termelés szél villamosenergia-tárolás nap kapcsolt termelés gáztároló H2 H2 elektrolízis, H2-tároló metánosítás CH4 CO2 CO2 CO2-tároló CO2 SOLARFUEL Az új technológia vizet és szén-dioxidot a szél- vagy naperőműből származó villamos energiával közvetlenül szintetikus földgázzá alakítja. Első lépésben a vizet elektrolízis segítségével hidrogénre és oxigénre bontják. A második lépésben a hidrogént és a széndioxidot metánná egyesítik. Az energiasűrűség háromszorosára növekedik. Forrás:Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 4. sz. 2011. p. 8.

  45. Decentralizált termelés villany t Kompressziós légsűrítő (4 kWel) Levegőtároló (0,2 m3) sűrített levegő t Kompressziós hűtőgép (15 kWhő) Hidegtároló (2 m3) hideg Abszorpciós hűtőgép (15kWhő) t tüzelőanyag (bioeredetű) meleg Tömbfűtő-erőmű (30 kWel, 40 kWhő) Hőtároló (2 m3) t Forrás:Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 10. sz. 2011. p. 38-41.

  46. Különleges technológiák Organikus Rankine és Kalina-körfolyamat

  47. ORC Munkaközegek • Szénhidrogének • telített (n-pentán) • telítetlen (toluol, metilbenzol) • Fluorozott (halogénezett) szénhidrogének • perfluorpentán • részlegesenhalogénezett (Heptafluorpropán: R227ea) • Szilikonoljaok • Siloxane (Octamethyltrisiloxane)

  48. ORC

  49. ORC 1 2 irreverzibilis szivattyúzás 2 3 nyomásesés hőmérséklet KP 3 4 nyomásesés p p 4 5 irreverzibilis expanzió u l 5 6 nyomásesés 6 1 nyomásesés 3 4 T e 5 2 elméleti (ideális) T c 1 valós 6 entrópia

  50. ORC Feltételek, korlátok • Forrás: Tb,in, tömegáram, fajhő • Hűtőközeg: TCW,in, TCW,out, fajhő Szabad paraméterek • munkaközeg választás • Te • DTmin,in, DTmin,out

More Related